大型望遠鏡異構(gòu)控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、基于現(xiàn)代計算機技術(shù)和電子技術(shù)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(xiàn)，幫助望遠鏡技術(shù)突破了傳統(tǒng)技術(shù)口徑上的局限，實現(xiàn)了觀測能力的飛躍。而隨著自動控制技術(shù)在望遠鏡中的應(yīng)用，越來越多的設(shè)備必須由計算機主導(dǎo)才能實現(xiàn)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(shù)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(xué)、射電望遠鏡，還是空間望遠鏡，它們在

2、發(fā)展上都出現(xiàn)了巨型化復(fù)雜化、設(shè)備多樣以及控制跨度大的趨勢。而服務(wù)于望遠鏡觀測的控制系統(tǒng)，需要提供相當?shù)撵`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(jīng)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(guān)建設(shè)經(jīng)驗，我國在對該領(lǐng)域的研究還處于起步階段。隨著我國在大型科學(xué)裝置上的投入不斷加大，更多的大型望遠鏡將列入建設(shè)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(guān)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(xué)、射電和空間領(lǐng)域的一些主要大型望遠鏡，并介紹了當前國內(nèi)主要望遠鏡的情況，由望遠鏡大型化復(fù)雜化的趨勢引出了望遠鏡控制系統(tǒng)的概念。
　　 論文對現(xiàn)代望遠鏡的控制系統(tǒng)進行了分析。根據(jù)大型望遠鏡系統(tǒng)復(fù)雜、數(shù)據(jù)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(jié)國內(nèi)外現(xiàn)有望遠鏡控制

4、系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)望遠鏡系統(tǒng)的層次化特征，提出了異構(gòu)體系風格下的正交層次化控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。
　　 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(shù)據(jù)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(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文對AMI/AMH技術(shù)、基于通知服務(wù)的消息總線技術(shù)以及數(shù)據(jù)分布服務(wù)技術(shù)進行了分析，通過實驗測試，對幾種技術(shù)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(jié)構(gòu)進行了

5、研究。根據(jù)分層的思想，對系統(tǒng)服務(wù)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(jié)構(gòu)，對命令、狀態(tài)、警報和日志主線進行了設(shè)計。
　　 根據(jù)適配器模式，實現(xiàn)了異構(gòu)體系風格的子系統(tǒng)控制。并針對常見的子系統(tǒng)軟件構(gòu)架，以LAMOST和FAST望遠鏡中相關(guān)子系統(tǒng)為例，設(shè)計了基于EPICS框架、CORBA框架、基本Socket通訊架構(gòu)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(jié)構(gòu)開發(fā)

6、的實際應(yīng)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(jié)果，從望遠鏡開發(fā)實踐中驗證了結(jié)構(gòu)的可用性。
　　 總的來說，本文研究了大型望遠鏡可異構(gòu)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(gòu)架。論文主要有以下創(chuàng)新點：
　　 (1)調(diào)研了國內(nèi)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(jié)了國際主要大型

7、望遠鏡控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)上的特點，在此基礎(chǔ)上提出了支持異構(gòu)的正交層次化體系結(jié)構(gòu)。
　　 (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(jié)構(gòu)對主要組件進行了討論，按正交結(jié)構(gòu)對主線進行了設(shè)計；基于適配器模式設(shè)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(gòu)實現(xiàn)了相關(guān)子系統(tǒng)。
　　 (3)將控制系統(tǒng)構(gòu)架首次應(yīng)用于我國的兩架大型望遠鏡，實現(xiàn)了LAMOST觀測控制系統(tǒng)