大型望远镜异构控制系统的研究

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1、UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor’Sdegree囵ResearchofHeterOgeneOusControlSystemsforLargeTelescopesAuthor’sName：XiaochaoDengSpecialty：PhysicalElectronicsSupervisor：Prof．GeJin&ProfJianWangFinishedtime：May2”．2012中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所

2、取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：型壁堕：垒签字日期：兰!兰：!：生中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸

3、质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。乓么丢口保密(——年)作者签名：签字日期：迭也塾l兰：I：生导师L、，暨黾j∥签字日期：挫!二：鱼!兰摘要基于现代计算机技术和电子技术的望远镜控制系统，是大型望远镜系统的重要组成部分。它在上世纪70年代的出现，帮助望远镜技术突破了传统技术口径上的局限，实现了观测能力的飞跃。而随着自动控制技术在望远镜中的应用，越来越多的设备必须由计算机主导才能实现精确的控制和观测，智能化的望远镜控制系统己成为望远镜中不可或缺的一部分。当前天文技术和天文望远镜的发展进入了蓬勃发展的新时期。在国际上，无论是光学、射电望远镜，

4、还是空间望远镜，它们在发展上都出现了巨型化复杂化、设备多样以及控制跨度大的趋势。而服务于望远镜观测的控制系统，需要提供相当的灵活性和扩展性、跨平台、实时性和分布式等特性以满足望远镜的控制需求。近年来，我国已经或者计划建造了国际上光谱能力最强的郭守敬望远镜(L—wOST)、最大的射电望远镜FAST等大型望远镜。而在控制系统方面，由于缺乏相关建设经验，我国在对该领域的研究还处于起步阶段。随着我国在大型科学装置上的投入不断加大，更多的大型望远镜将列入建设计划，对望远镜控制系统的研究也变得尤为迫切。在此背景下，本文对大型望远镜的控制系统展开了相关的研究和工作。论文首

5、先简述了天文望远镜的发展历程，讨论了光学、射电和空间领域的一些主要大型望远镜，并介绍了当前国内主要望远镜的情况，由望远镜大型化复杂化的趋势引出了望远镜控制系统的概念。论文对现代望远镜的控制系统进行了分析。根据大型望远镜系统复杂、数据量大的特点，提出了望远镜控制系统的基本特征。在分析总结国内外现有望远镜控制系统的基础上，根据望远镜系统的层次化特征，提出了异构体系风格下的正交层次化控制系统体系结构。论文对用于望远镜控制的分布式消息机制进行了研究。由于大型望远镜中数据量大、观测中的过程量众多，系统间通信的消息机制成为了望远镜运行控制的关键环节。本文对AMI／AMH

6、技术、基于通知服务的消息总线技术以及数据分布服务技术进行了分析，通过实验测试，对几种技术方案的特点和适用情景进行了讨论。其后对中央控制系统的结构进行了研究。根据分层的思想，对系统服务层、核心模块层、界面层以及子系统代理层的主要组件进行了讨论；同时按照正交化的体系结构，对命令、状态、警报和日志主线进行了设计。根据适配器模式，实现了异构体系风格的子系统控制。并针对常见的子系统软件构架，以LAMOST和FAST望远镜中相关子系统为例，设计了基于EPICS摘要框架、COI№A框架、基本Socket通讯架构三种子系统的控制。最后，给出了一些望远镜控制系统体系结构开发的

7、实际应用。在开发中，主要针对LAMOST观测控制系统、LAMOSTCCD系统总控以及FAST总控系统，给出了主要的开发结果，从望远镜开发实践中验证了结构的可用性。总的来说，本文研究了大型望远镜可异构的控制系统，为望远镜的观测提供了具有灵活性和扩展性、跨平台、实时性和分布式等特性的控制系统构架。论文主要有以下创新点：(1)调研了国内外主要的大型望远镜，分析了望远镜控制系统的特点与需求，并总结了国际主要大型望远镜控制系统软件结构上的特点，在此基础上提出了支持异构的正交层次化体系结构。(2)分别对望远镜的中央控制系统和子系统控制进行了研究。在中央控制系统中，按层次

8、结构对主要组件进行了讨论，按正交结构对主线进行了设计