大型天文望遠鏡觀測控制系統(tǒng)框架研究.pdf

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

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

3、、完成了一個適用于大型望遠鏡的觀測控制系統(tǒng)框架，并應(yīng)用在國內(nèi)大型天文望遠鏡上。本文以LAMOST國家大科學工程為依托，基于LAMOST觀測控制系統(tǒng)應(yīng)用框架技術(shù)，實現(xiàn)了觀測控制系統(tǒng)軟件開發(fā)的平臺化、標準化。主要開展了以下研究工作：
　　 （1）針對大型望遠鏡觀測控制領(lǐng)域，提出了一個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，并應(yīng)用此方法對框架進行了領(lǐng)域分析和設(shè)計。
　　 （2）大型望遠鏡的觀測目標不同，其結(jié)構(gòu)和運行

4、方式也存在差異，要將觀測控制系統(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，建立了觀測控制系統(tǒng)的領(lǐng)域模型。
　　 （3）框架要滿足可擴展性、兼容性、可靠性、實時性、移植性、分布式等特性，具有很大的挑戰(zhàn)。本文基于Linux平臺，以CORBA作為框架開發(fā)的基礎(chǔ)，使用分層體系結(jié)構(gòu)對框架進行了設(shè)計，運用軟件設(shè)計模式使框架的微結(jié)構(gòu)更加靈活，并采用對信息賦予優(yōu)先級，多線程，信息緩存等策略保障了實時性要求。
　　 （4

5、）觀測人員通過界面控制望遠鏡的運行，而大型望遠鏡的子系統(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。本文采用基于場景的以用戶為中心的方法設(shè)計了用戶界面，克服了以往以應(yīng)用為中心的設(shè)計的缺點，并采用Qt的OpenGL模塊對一些信息進行了三維顯示。
　　 本論文的創(chuàng)新之處有以下幾點：
　　 （1）通過對框架設(shè)計方法的研究，提出了一個適用于觀測控制領(lǐng)域的框架開發(fā)方法。此方法是基于原型的、迭代增量的。在整個開發(fā)周期中，對框架

6、進行持續(xù)的擴展和精化，并以循環(huán)反饋、調(diào)整為核心，使框架成為適用性強的系統(tǒng)。
　　 （2）通過對各種典型望遠鏡的研究，包括射電望遠鏡GBT、光學望遠鏡SOAR、VLT等、陣列ALMA以及在建的太陽望遠鏡ATST、光學望遠鏡LSST，分析了它們的異同，分析了觀測控制系統(tǒng)必須滿足的核心功能需求和非功能需求，識別了觀測控制領(lǐng)域的概念；建立了觀測控制領(lǐng)域模型和望遠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