南極多色測光太陽望遠(yuǎn)鏡自主觀測控制系統(tǒng)研究.pdf

1、天文學(xué)增加了人們對宇宙的認(rèn)識，對前沿科學(xué)的發(fā)展有重要意義，為物理學(xué)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(dòng)干擾等成為地面天文觀測獨(dú)一無二的優(yōu)勢。21世紀(jì)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(xué)家的廣泛關(guān)注。隨后，中國在南極設(shè)立天文臺，積極參與世界各國在南極天文觀測領(lǐng)域的合作，這是中國提升天文學(xué)領(lǐng)域研究的地位，彌補(bǔ)天文觀測領(lǐng)域差距的重大機(jī)遇。
　　南極氣候惡劣，不適合人類長期停留進(jìn)行人工現(xiàn)場操

2、作望遠(yuǎn)鏡觀測;而且衛(wèi)星通道帶寬非常窄，限制了完全遠(yuǎn)程控制，這些都是極地望遠(yuǎn)鏡需要解決的問題。因此，南極天文臺建設(shè)提出了程控自主觀測的概念，即設(shè)計(jì)在沒有任何人為協(xié)助的情況下能按照預(yù)先設(shè)定好的算法和計(jì)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(jìn)行觀測的天文望遠(yuǎn)鏡。南極多色測光太陽望遠(yuǎn)鏡(MARST)是我國籌建的第一臺南極太陽望遠(yuǎn)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(jìn)而研究太陽活動(dòng)對地球氣候

3、的影響。
　　本文對MARST控制系統(tǒng)進(jìn)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(shè)計(jì)需求。了解國內(nèi)外自主觀測的望遠(yuǎn)鏡的控制系統(tǒng)，在參考BOOTES望遠(yuǎn)鏡使用的自主觀測控制框架RTS2基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)觀測控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)南極的觀測條件和太陽的觀測任務(wù)，在RTS2框架下完成觀測控制流程的設(shè)計(jì)。使用EPICS的IOC來替換RTS2的設(shè)備控制模塊，并根據(jù)EPICS框架完成設(shè)備控制模塊的設(shè)計(jì)。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(jìn)行調(diào)研，然后根據(jù)望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)需求建立用例分析模型，分析了望遠(yuǎn)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(zhǔn)備在成熟的框架下完成望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)的開發(fā)。
　　2.采用RTS2與EPICS相結(jié)合的框架設(shè)計(jì)。對RTS2代碼結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究，將RTS2中原有的設(shè)備控制模塊替換為EPICS的IOC控制，包括實(shí)現(xiàn)接口的替換以及設(shè)備的識別與通信。完成基于EPICS的設(shè)備控制模塊，編

5、寫IOC實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制。通過觸發(fā)PV量發(fā)送命令給設(shè)備，而從設(shè)備返回的數(shù)據(jù)經(jīng)分析處理后的結(jié)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(jìn)行改造，以工廠模式創(chuàng)建命令類，實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮牧鞒炭刂?根據(jù)南極的太陽觀測任務(wù)、MARST的科學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)觀測計(jì)劃，并實(shí)現(xiàn)流程控制模板，通過命令流的發(fā)送完成望遠(yuǎn)鏡觀測任務(wù)的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)自主觀測的需求，實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度部分設(shè)計(jì)。完成的自主觀測內(nèi)容包括:根據(jù)天氣判斷觀測的開

6、始和停止，并開關(guān)圓頂;錯(cuò)過了拍攝平場的時(shí)間后，自主選擇空閑時(shí)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(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)。
　　4.在RTS2框架下對日志系統(tǒng)進(jìn)行改造，主要實(shí)現(xiàn)了在各個(gè)組件中通過LogStream將日志信息傳給HTTPD，并在HTTPD實(shí)現(xiàn)整理日志信息并存數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)。
　　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(jié)合的控制框架，并對其進(jìn)行了改進(jìn)，為南極自主

7、觀測提供了穩(wěn)定性、靈活性、可擴(kuò)展性良好的控制框架。論文的創(chuàng)新點(diǎn)為:
　　1.利用RTS2在自主觀測領(lǐng)域的優(yōu)勢，以及EPICS在大型物理設(shè)備控制領(lǐng)域的優(yōu)勢，對南極小型望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，提出了RTS2與EPICS結(jié)合的望遠(yuǎn)鏡控制框架設(shè)計(jì)。
　　2.根據(jù)太陽望遠(yuǎn)鏡觀測的特點(diǎn)，對太陽觀測需求，觀測計(jì)劃，觀測模式進(jìn)行了研究，完成了首個(gè)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