大型天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)控制系統(tǒng)框架研究.pdf

1、天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)控制系統(tǒng)是一個(gè)大型的復(fù)雜軟件系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)將望遠(yuǎn)鏡的各個(gè)設(shè)備有機(jī)的組織起來，有效的完成觀測(cè)。觀測(cè)控制系統(tǒng)隨著大型望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目的開展而逐漸發(fā)展起來，極大的提高了望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)效率，觀測(cè)控制系統(tǒng)已成為大型天文望遠(yuǎn)鏡必不可少的一部分。觀測(cè)控制系統(tǒng)大都是專用的，不能在新建的望遠(yuǎn)鏡上復(fù)用，必須重新開發(fā)，而且原有的觀測(cè)控制系統(tǒng)的各個(gè)模塊由不同的人員開發(fā)，他們沒有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)思想，給觀測(cè)控制系統(tǒng)的維護(hù)工作帶來了巨大的困難。
　　 針對(duì)這

2、些問題，觀測(cè)控制系統(tǒng)呈現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，組件化、復(fù)用化的發(fā)展趨勢(shì)，針對(duì)這一發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)外研究人員已經(jīng)開發(fā)了一些的觀測(cè)控制系統(tǒng)框架，國(guó)內(nèi)的大型望遠(yuǎn)鏡較少，在框架方面的研究還處于起步階段。目前，我國(guó)正在建造多架大型望遠(yuǎn)鏡，它們都需要觀測(cè)控制系統(tǒng)，并且原有的望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)控制系統(tǒng)需要更新維護(hù)，軟件成本會(huì)大幅提高，因此，對(duì)觀測(cè)控制系統(tǒng)框架的研究非常必要。
　　 本文對(duì)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)控制領(lǐng)域進(jìn)行了需求分析，提出了一個(gè)通用的望遠(yuǎn)鏡軟件控制體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)

3、、完成了一個(gè)適用于大型望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)控制系統(tǒng)框架，并應(yīng)用在國(guó)內(nèi)大型天文望遠(yuǎn)鏡上。本文以LAMOST國(guó)家大科學(xué)工程為依托，基于LAMOST觀測(cè)控制系統(tǒng)應(yīng)用框架技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了觀測(cè)控制系統(tǒng)軟件開發(fā)的平臺(tái)化、標(biāo)準(zhǔn)化。主要開展了以下研究工作：
　　 （1）針對(duì)大型望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)控制領(lǐng)域，提出了一個(gè)基于原型的框架開發(fā)方法，為今后的框架開發(fā)提供了指導(dǎo)，并應(yīng)用此方法對(duì)框架進(jìn)行了領(lǐng)域分析和設(shè)計(jì)。
　　 （2）大型望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)目標(biāo)不同，其結(jié)構(gòu)和運(yùn)行

4、方式也存在差異，要將觀測(cè)控制系統(tǒng)的所有共性和差異提煉出來是有難度的，本文在深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，建立了觀測(cè)控制系統(tǒng)的領(lǐng)域模型。
　　 （3）框架要滿足可擴(kuò)展性、兼容性、可靠性、實(shí)時(shí)性、移植性、分布式等特性，具有很大的挑戰(zhàn)。本文基于Linux平臺(tái)，以CORBA作為框架開發(fā)的基礎(chǔ)，使用分層體系結(jié)構(gòu)對(duì)框架進(jìn)行了設(shè)計(jì)，運(yùn)用軟件設(shè)計(jì)模式使框架的微結(jié)構(gòu)更加靈活，并采用對(duì)信息賦予優(yōu)先級(jí)，多線程，信息緩存等策略保障了實(shí)時(shí)性要求。
　　 （4

5、）觀測(cè)人員通過界面控制望遠(yuǎn)鏡的運(yùn)行，而大型望遠(yuǎn)鏡的子系統(tǒng)信息繁多，選擇合適的信息以及顯示方法是至關(guān)重要的。本文采用基于場(chǎng)景的以用戶為中心的方法設(shè)計(jì)了用戶界面，克服了以往以應(yīng)用為中心的設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)，并采用Qt的OpenGL模塊對(duì)一些信息進(jìn)行了三維顯示。
　　 本論文的創(chuàng)新之處有以下幾點(diǎn)：
　　 （1）通過對(duì)框架設(shè)計(jì)方法的研究，提出了一個(gè)適用于觀測(cè)控制領(lǐng)域的框架開發(fā)方法。此方法是基于原型的、迭代增量的。在整個(gè)開發(fā)周期中，對(duì)框架

6、進(jìn)行持續(xù)的擴(kuò)展和精化，并以循環(huán)反饋、調(diào)整為核心，使框架成為適用性強(qiáng)的系統(tǒng)。
　　 （2）通過對(duì)各種典型望遠(yuǎn)鏡的研究，包括射電望遠(yuǎn)鏡GBT、光學(xué)望遠(yuǎn)鏡SOAR、VLT等、陣列ALMA以及在建的太陽望遠(yuǎn)鏡ATST、光學(xué)望遠(yuǎn)鏡LSST，分析了它們的異同，分析了觀測(cè)控制系統(tǒng)必須滿足的核心功能需求和非功能需求，識(shí)別了觀測(cè)控制領(lǐng)域的概念；建立了觀測(cè)控制領(lǐng)域模型和望遠(yuǎn)鏡控制軟件體系模型。
　　 （3）基于分布式中間件、常用的軟件框架和