基于以太网的射电天文制冷接收机的监视系统

制冷接收机是射电望远镜的核心设备,它是否正常工作直接决定望远镜观测的效果。制冷接收机的制冷温度和杜瓦真空度是反映接收机是否正常工作的最重要、最直接的指标之一。因此实现制冷接收机制冷温度和杜瓦真空度的远程实时监控,及时了解接收机是否正常工作对保证射电望远镜正常运行、提高观测效率有重要意义。为乌鲁木齐天文站25m射电望远镜1.3cm制冷接收机研制的一套基于单片机和以太网的数据采集和数据传输的远程监视系统,实现了制冷接收机制冷温度和杜瓦真空度的远程实时监控。该系统采用了美国ATMEL公司生产的8位单片机AVR ATmega16、Microchip Technology公司生产的ENC28J60以及MAXIM公司生产的MAX7219,实现对射电天文制冷接收机制冷温度和杜瓦真空度的数据采集,并利用以太网传输数据实现了远程实时监控接收机的制冷状态。阐述了以太网数据采集及远程监控电路的设计原理及其实现方法。该系统首次在国内大型射电望远镜上实现了对制冷接收机工作状态的远程实时监控,对于保证乌鲁木齐天文站25m射电望远镜1.3cm波段的观测效果有重要作用。     

一种面向选址的低功耗远程电源控制和视频监控系统设计与实现

天文选址是天文研究的重要组成部分。在野外无人环境下,如何最大程度地确保望远镜正常工作是当前天文选址的迫切需求。实现了一套可以应用于野外天文定点选址情况下通过网络进行远程电源开关控制的电源控制系统,并可以根据需要实现视频图像的采集与现场状态监控。系统采用低功耗、低成本、高性能的S3C2440处理器为核心的ARM9开发,内嵌Linux操作系统,采用RS485总线与电源开关电路控制模块通信;通过OV9655的COMS摄像头采集视频。系统基于B/S构架,直接使用浏览器进行远程控制与监控,实现远程设备供电、断电复位、紧急情况强切,远端现场状态监控。此外,系统在自主望远镜维护上也有较好的应用价值。     

10赫兹漫反射激光测距控制系统的设计与实现

设计和实现了云南天文台1．2m望远镜10Hz共光路漫反射激光测距控制系统,包括激光器、信号探测器和测时设备等的控制。并将系统应用于实际观测中,使用结果表明系统运行正常,且已成功实现了部分空间碎片的漫反射激光测距。将测时设备换为事件计时器后,该系统可直接用于激光测月试验。     

1.26米红外望远镜电控系统软件设计与实现

2011年,国家天文台兴隆基地1.26 m红外望远镜进行了全面升级改造。主要讲述望远镜电控系统软件的设计与实现,用于实现望远镜各种观测策略和运动方式的自动化操作。为了提高稳定性和可靠性,软件基于有限状态机原理设计,定义了望远镜的状态集和动作集,以及各个状态间的状态转换图;同时给出了望远镜常见异常及其处理方式,并在本地控制的基础上提供远程控制接口,使得望远镜可方便纳入兴隆基地望远镜集中控制系统。该软件及其设计思想可推广至我国其他中小口径望远镜。     

APOSOS项目15 cm光电望远镜故障监测方法研究

为了对海外站点和无人值守望远镜进行动态监测,判断望远镜是否处于正常的工作状态,提出了一种联合使用天文定位数据和轴系定位数据对望远镜的运行状态进行动态监测的方法。该方法对观测得到的天文定位与轴系定位数据进行误差计算,对比分析两种数据的误差范围,判断望远镜的工作状态。利用该方法对亚太地基光学空间物体观测系统项目位于伊朗和巴基斯坦的两台15 cm地基光电望远镜的观测数据进行检验,结果发现:其中1台15 cm望远镜轴系定位中方位角存在较大误差,误差在上百角秒,设备存在问题。通过对比此设备在国内与国外两地观测数据的误差,确定了出现问题的时间和地点。观测站工作人员对望远镜出现问题的报告印证了分析结论,证明了方法的有效性。     

基于PMAC的天文望远镜控制系统研究及应用

天文望远镜为大型高精密仪器,对望远镜的控制系统性能提出了极高的要求。作为控制系统的核心器件,伺服控制器的性能决定了控制系统的性能。介绍了一种基于PMAC(Programmable Multi Axes Controller)控制器的天文望远镜控制系统,研究了PMAC伺服控制原理、PID参数整定方法及基于PMAC的天文望远镜运动控制系统基本原理,并以此为基础设计了天文望远镜伺服控制系统软、硬件体系。基于PMAC的天文望远镜控制系统主要特点在于,伺服系统采用了传统的PID反馈控制算法和前馈控制算法相结合的组合控制算法,有效地克服了外界扰动对望远镜控制过程的影响,获得了较好的动、静态性能;同时,针对望远镜不同的轴系传动方式,如直驱方式和齿轮传动方式,应用不同的PID参数整定方法,如阶跃整定法和基于速度测量+阶跃整定相结合的参数整定方法,可分别使系统获得较为理想的PID控制参数;另外,基于PMAC的天文望远镜控制系统,对于不同的驱动电机和不同的轴角测量元件,均具有较好的适应性。该系统已在国家天文台2.16 m天文望远镜上得到了应用,该项应用中,采用了"IPC+PMAC"的双CPU分级控制方式,并以VC++为软件平台,通过对于PMAC Pcomm32底层接口函数的调用,实现了基于工控机的望远镜界面操作和控制,同时,以PID反馈控制算法和前馈控制算法为基础,采用了PID参数自适应控制算法,保证了望远镜高速的运行平稳性,也实现了低速精确性和快速性的控制要求。技术研究和运行实践表明,基于PMAC的望远镜控制系统具有较高的控制精度和良好的通用性,可广泛应用在不同类型的天文望远镜系统。     

一种基于元学习的大口径射电望远镜俯仰轴承故障辨识方法研究

在经过长期运行后大口径射电望远镜俯仰轴会出现微小扭曲, 滚动轴承作为承载俯仰轴的核心部件, 也会因长期承受交变载荷增加疲劳风险, 导致轴承寿命以及望远镜指向精度的下降, 极大影响望远镜的性能. 以俯仰轴承为研究对象, 开展故障辨识方法研究, 可为望远镜天线的高性能运行提供重要支撑. 为实现在有限数据和复杂工作条件下准确地辨识俯仰轴承故障, 提出了一种小样本条件下基于元学习的故障辨识方法(Few-shot Meta-learning Fault Identification, FMFI). 首先将不同工况下的原始信号转换为时频图像数据, 之后按照元学习协议将数据样本随机采样到不同的学习任务中. 在有限样本的条件下, FMFI可以通过训练任务中的样本信息获取通用的先验知识, 在未知的测试任务下实现准确快速的故障辨识. 选取了与望远镜俯仰轴承工况具有相似性的变负载轴承数据集进行实验, 实验结果表明, FMFI方法具有很高的准确性和可靠性, 为大口径射电望远镜俯仰轴承的主动运维和高质量服役提供了有力的技术支持.     

基于无线触屏平台的阵列式望远镜控制系统

地基广角相机阵(Ground-based Wide Angle Cameras,简称GWAC)是中法合作SVOM(Space Variable Objects Monitor,空间多波段变源监视器)天文卫星的地基观测设备,Mini-GWAC是其预研和补充设备.针对Mini-GWAC望远镜阵列,介绍了一种基于无线触屏平台进行操控的阵列式望远镜控制系统的设计与实现.从控制系统原理、系统硬件结构、软件设计、实验和测试等方面展开,详细叙述了该系统的开发及实现过程.该系统以基于Win CE系统的触控一体机为上位机,无线收发模块和可编程逻辑控制器(PLC)为核心,具有低成本、数据传输可靠、操作简单等优点,并较好地实现了在Mini-GWAC阵列式望远镜上的应用.     

丽江2.4米望远镜多波段测光观测控制系统的设计与开发

丽江2.4 m望远镜在卡塞格林焦点上安装多个观测设备,为了最大限度地提高望远镜的观测效率,需要实现对各终端控制系统的集成控制。原有的多波段测光系统的控制程序不具备集成化的条件,需要对其进行集成化开发以满足要求。借鉴云南暗弱天体光谱成像仪和望远镜的控制系统,在Linux系统下对多波段测光系统的控制系统进行重新开发,设计并完成了3个主要部分:观测控制程序、设备控制程序和设备数据库,成功实现了多波段测光系统、云南暗弱天体光谱成像仪与望远镜统一的控制模式,使其具备与其它设备控制系统集成的能力,满足多终端集成控制的要求。     

LAMOST中基于时槽环的命令执行控制算法

针对LAMOST望远镜控制的特点和其观测运行方式,利用时槽环技术实现了命令执行控制,为复杂控制系统内部子系统的协调提供了一种可借鉴的控制算法．     

基于FPGA的空间太阳磁像仪自校正稳像系统研制

太阳磁像仪是开展太阳磁场观测研究的核心仪器,其中的稳像系统是空间太阳磁像仪的关键技术之一,针对深空探测卫星系统对载荷重量、尺寸限制严苛的要求,设计了基于图像自校正方法的稳像观测系统.介绍了一套基于现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array, FPGA)和数字信号处理器(Digital Signal Processor, DSP),通过基于自相关算法的高精度稳像方法设计,并结合精确偏振调制、准确交替采样控制等系统软硬件设计,克服由于卫星平台抖动、指向误差等因素造成的图像模糊,实现实时相关、校正、深积分的稳像观测系统.针对像素尺寸为1 K×1 K、帧频为20 fps的CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)探测器,实现了1像元以内的实时稳像观测精度.在完成实验室测试后, 2021年6月18日在国家天文台怀柔太阳观测基地35 cm太阳磁场望远镜上开展了实测验证,结果表明该系统能够有效地完成太阳磁像仪自校正稳像观测,获得了更高分辨率的太阳磁场数据.稳像系统的成功研制不仅可以为深空太阳磁像仪的研制提供轻量化、高...     

射电望远镜控制系统中的数据传输序列化分析

控制系统能衔接、集成和管理射电望远镜的软硬件系统。控制系统的序列化工具可以将射电望远镜的不同设备、操作系统、编程语言和网络之间传输的信息进行编码和解码,增强系统之间数据的传输效率。分析和比较了3款二进制序列化工具Msgpack,Protobuf和Flatbuffers的编码原理及特性,并通过一个实例测试了它们的序列化数据大小、序列化时间和中央处理器利用率。结果表明,Msgpack的综合性能优于Protobuf和Flatbuffers,适用于周期长、需求易变的射电望远镜系统之间传输信息的编码和解码。     

摆镜平台寿命试验

摆镜平台是大口径空间天文望远镜图像稳定控制系统中的一个活动部件,为评估其寿命,设计和实现了摆镜平台寿命试验系统,并进行了摆镜平台寿命试验,得到了初步的试验结果.分析了摆镜平台所处的空间环境和工作条件,给出了摆镜平台驱动信号的产生方法和试验加速方法.在分析摆镜平台位移特性的基础上,给出了试验数据的处理方法和失效准则.初步试验的结果表明,摆镜平台在一年的时间里运行正常,在加速因子为5.5的情况下,等效摆镜平台已在卫星上正常工作五年半.     

硬X射线成像仪量能器测试系统的设计与实现

硬X射线成像仪(Hard X-ray Imager, HXI)是先进天基太阳天文台(Advanced Space-based Solar Observatory, ASO-S)的3大载荷之一, 其中量能器作为其重要组成部分, 承担着观测30--200keV能段的太阳硬X射线的任务. 在卫星发射之前, 需要开展大量的测试工作, 以确保HXI量能器的各项功能和性能满足设计需求. HXI量能器通道数众多, 内含99个溴化镧探测器, 分别由8块相同的前端电子学板控制. 除了对各个通道的性能进行测试外, 地检系统还需模拟量能器在轨面对不同太阳活动时的运行情况, 对量能器进行全面完备的测试. 此外, 地检系统还需足够稳定, 能满足量能器在单机测试、环境试验、热真空与振动等多个不同测试项目的长时间测试需求. 为此, 设计了地检板与上位机软件, 结合放射源、直流电源、高压模块等组成一套HXI量能器的地检系统, 对8块前端电子学板实现同步配置与管理, 能高效完成指令发送与数据接收, 满足量能器最大数据输出带宽400Mbps的需求. 利用该系统, 在地面完成了HXI量能器的功能、性能验证, 获得了量能器的线性、死时间、能量分辨率等各项性能指标, 为HXI量能器的在轨高性能运行提供了保障.     

ASO-S卫星基于太阳导行镜的高精度高稳定度姿态控制系统

先进天基太阳天文台(Advanced Space-based Solar Observatory, ASO-S)卫星姿控分系统的主要任务是实现高精度、高稳定度对日指向控制. ASO-S卫星的科学载荷中,白光望远镜(White-light Solar Telescope, WST)前端配置了太阳导行镜(Guide Telescope, GT)稳像系统,利用正交分布光电二极管组成的边缘探测器测量导行镜光轴与太阳中心的偏差角.提出了一种将GT测量值引入姿态控制闭环的控制方法:利用星敏陀螺定姿算法获得卫星-太阳方向姿态偏差, GT测量值确定非卫星-太阳方向姿态偏差;以4斜装反作用轮组为执行机构,进行三轴零动量稳定姿态控制.通过数学仿真验证,基于GT测量值的姿态控制器在非卫星-太阳方向的绝对指向精度优于2′′、相对姿态稳定度优于1′′/60 s,满足ASO-S卫星高精度高稳定度的对日指向要求.     

1．3厘米接收机背架调整系统设计

基于新疆天文台研制的1．3em双极化制冷接收机的安装及观测需求,设计了其背架调整系统。首先,通过力学分析选择合适的滚珠丝杠及驱动电机;其次,通过对电机进行测试,研制电机驱动模块,以满足安装要求;最后,编写电机驱动控制软件,实现终端对接收机馈源的精确控制。     

用于2.4m望远镜的网络气象站

在进行天文观测时,天气因素的影响是很大的,为适应天文观测技术发展的要求,在2.4m镜附近需要建立一个网络气象站,一方面可以对天气状况实时监测,另一方面其他设备可以从网上查询并使用这些数据,以满足2.4m望远镜必须要有气象状况输入才能正常地在RoboticMode下工作的要求。文中介绍了1 wirenet气象站的原理以及软硬件设计。     

望远镜静态指向模型的基本参数

对地平式望远镜静态指出模型的基本参数进行了讨论，给出了一种参数较少，模型稳定的望远镜修正模型，与常用的球谐函修正模型相比较，基本参数模型具有对观测资料分布不敏感，模型的系随资料分布变化较小和修正精度较高优点，并且其残差序列服从正态分布，基本上能够满足高精度定轨的需要。     

Mechanical design of the solar telescope GREGOR

The mechanical structure of the GREGOR telescope was installed at the Observatorio del Teide, Tenerife, in 2004. New concepts for mounting and cooling of the 1.5‐meter primary mirror were introduced. GREGOR is an open telescope, therefore the dome is completely open during observations to allow for air flushing through the open, but stiff telescope structure. Backside cooling system of the primary mirror keeps the mirror surface close to ambient temperature to prevent mirror seeing. The large collecting area of the primary mirror results in high energy density at the field stop at the prime focus of the primary which needs to be removed. The optical elements are supported by precision alignment systems and should provide a stable solar image at the optical lab. The coudé train can be evacuated and serves as a natural barrier between the outer environmental conditions and the air‐conditioned optical laboratory with its sensitive scientific instrumentation. The telescope was successfully commissioned and will start its nominal operation during 2013 (© 2012 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)