南極多色測光太陽望遠鏡自主觀測控制系統(tǒng)研究.pdf

1、天文學增加了人們對宇宙的認識，對前沿科學的發(fā)展有重要意義，為物理學的研究提供了重要依據(jù)。南極空氣稀薄、大氣湍流少、沒有人類活動干擾等成為地面天文觀測獨一無二的優(yōu)勢。21世紀以來，南極作為地面上最優(yōu)秀的天文觀測站，受到了世界各國天文學家的廣泛關注。隨后，中國在南極設立天文臺，積極參與世界各國在南極天文觀測領域的合作，這是中國提升天文學領域研究的地位，彌補天文觀測領域差距的重大機遇。
　　南極氣候惡劣，不適合人類長期停留進行人工現(xiàn)場操

2、作望遠鏡觀測;而且衛(wèi)星通道帶寬非常窄，限制了完全遠程控制，這些都是極地望遠鏡需要解決的問題。因此，南極天文臺建設提出了程控自主觀測的概念，即設計在沒有任何人為協(xié)助的情況下能按照預先設定好的算法和計劃，根據(jù)各種變化（例如，天氣監(jiān)測，突發(fā)天文事件等）來自主進行觀測的天文望遠鏡。南極多色測光太陽望遠鏡(MARST)是我國籌建的第一臺南極太陽望遠鏡，旨在測量研究太陽紫外、白光光譜輻射的中長期變化，及觀測白光耀斑等現(xiàn)象，進而研究太陽活動對地球氣候

3、的影響。
　　本文對MARST控制系統(tǒng)進行了基于自主觀測的需求分析，根據(jù)南極的觀測條件提出了基本的設計需求。了解國內外自主觀測的望遠鏡的控制系統(tǒng)，在參考BOOTES望遠鏡使用的自主觀測控制框架RTS2基礎上進行改造，實現(xiàn)觀測控制系統(tǒng)的設計。根據(jù)南極的觀測條件和太陽的觀測任務，在RTS2框架下完成觀測控制流程的設計。使用EPICS的IOC來替換RTS2的設備控制模塊，并根據(jù)EPICS框架完成設備控制模塊的設計。主要開展了以下的研究工

4、作:
　　1.對自主觀測的發(fā)展及基本概念進行調研，然后根據(jù)望遠鏡的設計需求建立用例分析模型，分析了望遠鏡的基本控制需求和自主觀測需求。由于開發(fā)周期短、穩(wěn)定性要求高，準備在成熟的框架下完成望遠鏡控制系統(tǒng)的開發(fā)。
　　2.采用RTS2與EPICS相結合的框架設計。對RTS2代碼結構進行深入研究，將RTS2中原有的設備控制模塊替換為EPICS的IOC控制，包括實現(xiàn)接口的替換以及設備的識別與通信。完成基于EPICS的設備控制模塊，編

5、寫IOC實現(xiàn)設備控制。通過觸發(fā)PV量發(fā)送命令給設備，而從設備返回的數(shù)據(jù)經(jīng)分析處理后的結果反映在屬性PV量和狀態(tài)PV量上，供觀測控制系統(tǒng)查詢。
　　3.對RTS2的觀測控制層進行改造，以工廠模式創(chuàng)建命令類，實現(xiàn)面向對象的流程控制;根據(jù)南極的太陽觀測任務、MARST的科學目標設計觀測計劃，并實現(xiàn)流程控制模板，通過命令流的發(fā)送完成望遠鏡觀測任務的實現(xiàn)。根據(jù)自主觀測的需求，實現(xiàn)任務調度部分設計。完成的自主觀測內容包括:根據(jù)天氣判斷觀測的開

6、始和停止，并開關圓頂;錯過了拍攝平場的時間后，自主選擇空閑時間完成平場觀測;對于赤道儀跟蹤的累積誤差等問題，能夠自主地選擇空閑時間進行校準。
　　4.在RTS2框架下對日志系統(tǒng)進行改造，主要實現(xiàn)了在各個組件中通過LogStream將日志信息傳給HTTPD，并在HTTPD實現(xiàn)整理日志信息并存數(shù)據(jù)庫的設計。
　　總的來說，本文根據(jù)南極的條件和自主觀測的要求，提出了RTS2和EPICS相結合的控制框架，并對其進行了改進，為南極自主

7、觀測提供了穩(wěn)定性、靈活性、可擴展性良好的控制框架。論文的創(chuàng)新點為:
　　1.利用RTS2在自主觀測領域的優(yōu)勢，以及EPICS在大型物理設備控制領域的優(yōu)勢，對南極小型望遠鏡結構設計進行了研究，提出了RTS2與EPICS結合的望遠鏡控制框架設計。
　　2.根據(jù)太陽望遠鏡觀測的特點，對太陽觀測需求，觀測計劃，觀測模式進行了研究，完成了首個適用于南極觀測的太陽觀測控制模型。
　　3.根據(jù)南極自主觀測和太陽觀測的需求，對觀測控制