LAMOST观测控制与数据获取系统的研究

发布时间：2020-05-25 07:15

【摘要】： 大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)是国际领先的光谱巡天望远镜。它的大口径和大视场使其具有很强的光谱巡天观测能力。LAMOST是一个由多个子系统组成的高度复杂的系统，它的观测行为的复杂性要求它使用观测控制系统(OCS)进行自动观测控制。OCS是LAMOST的上层控制系统软件。OCS的主要目的是管理、协调和控制各子系统行为，使整个望远镜系统有条不紊地、按计划、有步骤地进行天文观测。它将是一个通过子系统之间、运行模块之间的软硬件接口构成的多层次的、集中与分散相结合的观测控制系统。作为世界上领先的大型望远镜的控制软件，OCS自身也是一个复杂系统，且没有多少先例可循。对LAMOST观测控制的研究牵涉到软件开发、观测流程物理内容的探讨、与子系统交互、系统测试等诸方面的问题。这些问题的分析与解决不仅有助于推动LAMOST的项目工程进展，也将为LAMOST的后续工作开展留下重要的经验和资料。 LAMOST的观测控制是对各个子系统控制的集合。OCS的工作模式基于对子系统的命令控制，从中抽象出命令驱动模型，即OCS对子系统的控制是一种命令-状态反馈-命令的翻滚式过程。在这种命令驱动模型的基础上，OCS与子系统间制订了命令的接收／拒绝协议和命令的执行反馈协议。前者用于和子系统的控制对话，后者用于对子系统的执行状态做出有效的处理。基于软件复用和框架设计的思想，OCS采用了基于组件和模块的分布式系统设计。这使得OCS在开发和使用过程中能够具有良好的可维护性和扩展性。由于观测控制是围绕观测流程的进行和完成展开的，本文在观测流程实现的基础上，详细分析了OCS的各核心模块。随着LAMOST工程进展，LAMOST小系统走上项目日程。本文针对小系统的特点，对OCS在小系统的应用进行了研究和分析，设计和开发了用户界面。根据OCS即将投入实际联调和软件开发本身的需要，对OCS-2.30版进行了系统和全面的测试工作。同时对OCS参与小系统的实际联调测试作出计划和展望。 OCS对各个子系统统一管理和驱动调度，使所有子系统能够协调合作，按部就班地完成观测流程。OCS控制的子系统包括观测战略系统(SSS)、望远镜控制系统(TCS)、焦面仪器控制系统(ICS)、数据获取与在线处理系统(DHS)、气象信息系统(WIS)等。其中，DHS作为一个对观测结果在线处理和评估的数据系统，承担着对CCD数据的获取、存储和管理分析等重要任务。它从OCS接受命令，控制着各个CCD的工作行为。本文搭建了DHS的数据获取和存储模型，同时定义了其中的接口方法以及DHS的基本命令与参数，，为将来DHS的完成做出了重要预研。论文的最后在现有OCS的基础上，从分布式模型的角度和数据模式的角度分别对OCS的设计框架提出了进一步优化和改进的思路，并详细分析了其优点所在和可行性，为OCS日后的继续发展和完善打下了良好的基础。本论文全文共七章。第一章介绍了LAMOST的项目背景和科学目标，阐述了其同时具备大口径和大视场的科学原理，提出使用观测控制系统是LAMOST进行观测的必然选择。第二章介绍了观测控制系统OCS的系统模型和设计框架。OCS进行观测控制的主旨是控制各个子系统完成观测流程，从这一根本目的出发，抽象出OCS的命令驱动模型和分布式系统框架。最后简单介绍了OCS体系结构所采用的CORBA规范和OCS的开发环境，以及OCS与子系统之间的接口协议。第三章主要讲述OCS各核心模块，包括命令执行器、消息总线和各子系统代理等组件。围绕它们在观测流程中的作用，详细地分析了这些组件的设计原理和实现方法。第四章以OCS-2.30版本为基础，围绕OCS在小系统上的应用介绍了所展开的一系列工作。包括观测流程控制台的设计与实现，OCS-2.30的测试以及OCS在小系统上的测试计划分析等内容。第五章设计了DHS与CCD整个数据系统的框架模型，提出双分布式存储结构，并设计了相应的接口，定义了DHS的基本命令和参数。第六章在现有OCS模型框架的基础上，提出了新的系统分布方案和数据模式，并对其优点和可行性作了详细分析和深入研究。第七章总结了本论文的工作，并对LAMOST观测控制和数据获取的后续工作进行了展望，提出了一些建议。附录收录了OCS研究和开发实现过程中的一些技术资料，主要是作者在日常工作中的翻译、整理或归纳所得。论文最后是参考文献，在校期间发表的文章列表以及致谢部分。本论文的创新之处主要有以下几点： 1)在前期OCS的研究和设计基础上，对OCS二级系统进行具体实现，达到了工程要求，通过了工程指挥部的测试和验收。 2)基于所实现的OCS-2.30版，对OCS在小系统的应用进行分析和探讨。首次将物理实验方法与软件工程测试相结合对OCS关键核心模块进行了多方面的测试。测试结果证明OCS不但在软件层面上能够运行LAMOST的观测流程，同时在物理性质上也满足LAMOST及其小系统的观测控制需要，确保了系统的可靠性及稳定性。 3)预研了LAMOST数据获取系统，为DHS建立了系统框架，首次在LAMOST中提出双分布数据存储模型，解决了观测流程中大批量CCD数据的并行读取、存储与发布的技术难题。
【图文】：

影像,折射望远镜,光学原理

们的演化状况川。今由成像巡天记录下来的数以百计的各类天体中，己记录的天体有1谱的天体只有105个。也就是说，只有很小的一部分(约万分之一)因是长期以来，一架望远镜同一时间只能记录一个天文目标的光谱。“多目标光谱光纤”技术实验成功才有了转机。大批量的巡天观测成之一曰。常的观测不同。巡天观测是按照预先制订的观测计划对全天或者特定某些天体进行的批量观测。观测数据往往是大量的，通常需要程序进远镜的原理来说，通常是由一个长焦距物镜(主镜)将天体的影像聚个(短焦距)目镜把这个影像放大。从望远镜的构造来说，天文望远反射望远镜和折反射望远镜三大类【’]。望远镜折射望远镜是以会聚远方物体的光而现出实像的透镜为物镜的望远镜折射集中在焦点，分为伽利略型和开普勒型两种。

折射望远镜,光路,反射式望远镜,主镜

图1.2两种折射望远镜的光路圈反射式望远镜反射望远镜不使用物镜，而用称为主镜的凹面反射镜，另外有一面叫做次要镜的小镜将主镜所收集的光反射出镜筒外，再使用目镜将其放大。反射式最大的长处是由于主镜是镜面光不需通过玻璃，所以完全不会有色差，也不容易吸收紫外光或红光，因此非常适合分光物理观测。反射式望远镜虽然没有色差，但依然存在其它各类的像差(如将反射凹面磨成物线形，则可消除球面差)。反射式望远镜成像的稳定度不及折射式望远镜。(l)牛顿式一一尾尾
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH751;TP273.5

【引证文献】