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文檔簡介
1、基于現代計算機技術和電子技術的望遠鏡控制系統(tǒng),是大型望遠鏡系統(tǒng)的重要組成部分。它在上世紀70年代的出現,幫助望遠鏡技術突破了傳統(tǒng)技術口徑上的局限,實現了觀測能力的飛躍。而隨著自動控制技術在望遠鏡中的應用,越來越多的設備必須由計算機主導才能實現精確的控制和觀測,智能化的望遠鏡控制系統(tǒng)己成為望遠鏡中不可或缺的一部分。
當前天文技術和天文望遠鏡的發(fā)展進入了蓬勃發(fā)展的新時期。在國際上,無論是光學、射電望遠鏡,還是空間望遠鏡,它們在
2、發(fā)展上都出現了巨型化復雜化、設備多樣以及控制跨度大的趨勢。而服務于望遠鏡觀測的控制系統(tǒng),需要提供相當的靈活性和擴展性、跨平臺、實時性和分布式等特性以滿足望遠鏡的控制需求。近年來,我國已經或者計劃建造了國際上光譜能力最強的郭守敬望遠鏡(LAMOST)、最大的射電望遠鏡FAST等大型望遠鏡。而在控制系統(tǒng)方面,由于缺乏相關建設經驗,我國在對該領域的研究還處于起步階段。隨著我國在大型科學裝置上的投入不斷加大,更多的大型望遠鏡將列入建設計劃,對望
3、遠鏡控制系統(tǒng)的研究也變得尤為迫切。在此背景下,本文對大型望遠鏡的控制系統(tǒng)展開了相關的研究和工作。
論文首先簡述了天文望遠鏡的發(fā)展歷程,討論了光學、射電和空間領域的一些主要大型望遠鏡,并介紹了當前國內主要望遠鏡的情況,由望遠鏡大型化復雜化的趨勢引出了望遠鏡控制系統(tǒng)的概念。
論文對現代望遠鏡的控制系統(tǒng)進行了分析。根據大型望遠鏡系統(tǒng)復雜、數據量大的特點,提出了望遠鏡控制系統(tǒng)的基本特征。在分析總結國內外現有望遠鏡控制
4、系統(tǒng)的基礎上,根據望遠鏡系統(tǒng)的層次化特征,提出了異構體系風格下的正交層次化控制系統(tǒng)體系結構。
論文對用于望遠鏡控制的分布式消息機制進行了研究。由于大型望遠鏡中數據量大、觀測中的過程量眾多,系統(tǒng)間通信的消息機制成為了望遠鏡運行控制的關鍵環(huán)節(jié)。本文對AMI/AMH技術、基于通知服務的消息總線技術以及數據分布服務技術進行了分析,通過實驗測試,對幾種技術方案的特點和適用情景進行了討論。
其后對中央控制系統(tǒng)的結構進行了
5、研究。根據分層的思想,對系統(tǒng)服務層、核心模塊層、界面層以及子系統(tǒng)代理層的主要組件進行了討論;同時按照正交化的體系結構,對命令、狀態(tài)、警報和日志主線進行了設計。
根據適配器模式,實現了異構體系風格的子系統(tǒng)控制。并針對常見的子系統(tǒng)軟件構架,以LAMOST和FAST望遠鏡中相關子系統(tǒng)為例,設計了基于EPICS框架、CORBA框架、基本Socket通訊架構三種子系統(tǒng)的控制。
最后,給出了一些望遠鏡控制系統(tǒng)體系結構開發(fā)
6、的實際應用。在開發(fā)中,主要針對LAMOST觀測控制系統(tǒng)、LAMOSTCCD系統(tǒng)總控以及FAST總控系統(tǒng),給出了主要的開發(fā)結果,從望遠鏡開發(fā)實踐中驗證了結構的可用性。
總的來說,本文研究了大型望遠鏡可異構的控制系統(tǒng),為望遠鏡的觀測提供了具有靈活性和擴展性、跨平臺、實時性和分布式等特性的控制系統(tǒng)構架。論文主要有以下創(chuàng)新點:
(1)調研了國內外主要的大型望遠鏡,分析了望遠鏡控制系統(tǒng)的特點與需求,并總結了國際主要大型
7、望遠鏡控制系統(tǒng)軟件結構上的特點,在此基礎上提出了支持異構的正交層次化體系結構。
(2)分別對望遠鏡的中央控制系統(tǒng)和子系統(tǒng)控制進行了研究。在中央控制系統(tǒng)中,按層次結構對主要組件進行了討論,按正交結構對主線進行了設計;基于適配器模式設計了子系統(tǒng)的控制,并針對EPICS框架、CORBA框架和基本socket通訊架構實現了相關子系統(tǒng)。
(3)將控制系統(tǒng)構架首次應用于我國的兩架大型望遠鏡,實現了LAMOST觀測控制系統(tǒng)
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