中国科学院南京天文光学技术研究所机构知识库

随着光学天文望远镜技术、控制技术、电子技术及网络通信技术的发展，尤其是主动光学技术的运用与发展，使望远镜误差减少，使望远镜的像质提高，口径越来越大，使大型与极大型光学天文望远镜的建造成为可能。基于主动光学技术建造的大型天文望远镜，其子镜可以扩展到数以千计，并同时把位移控制和子镜变形控制集中在同一个控制系统里完成。由此带来控制对象的数量达到了空前庞大的程度，这对望远镜的控制系统提出了极大的挑战，为此国际上的大型天文望远镜主要采取基于有线连接的分布式网络控制系统。但有线连接受到周围环境结构限制而且不灵活，工业控制中将有线控制与无线控制相结合是发展的趋势。IEEE(Institute of Eelectrical and Electronics Engineers) 802.11无线局域网是当前普遍采用的无线网络，无线网络能克服有线的不足，具有连接少，灵活等优点。IEEE 802.11 WLAN(Wireless Local Area Network)其MAC(Medium Access Control)协议包含DCF(DistributedCoordination Function)和PCF(Point Coordination Function)子层，DCF只能提供竞争型的异步业务，对数据传输的时延较大；PCF面向连接，提供非竞争的轮询传输方式，支持实时性强的业务。为了适应实时业务的需要，研究人员对IEEE 802.11 WLAN MAC协议提出了许多改进方法。针对大型天文望远镜采用无线局域网络控制系统的研究是有意义的。
 

本文针对大型天文光学望远镜的控制系统特点，提出基于无线局域网的望远镜控制系统WTCS(WLAN Telescope Control System)。WTCS包括主控制系统、本地控制系统以及无线通信系统。以实时Linux为操作系统的主控制器与本地控制单元通过无线局域网连接，实现异步非阻塞的实时网络通信。同时设计了主动光学力促动器基于Linux的控制系统软件，并详细阐述了力促动器控制过程及关键算法的设计。
 

本文对无线局域网络MAC协议的实时性进行了研究。在控制系统中传输突发性实时数据、周期性实时数据与非实时数据，其优先级从高到低，分别对突发性实时数据与周期性实时数据的实时性进行了研究。在CP(Contention Period)阶段突发性数据在信道空闲SIFS(Short Inter-Frame Space)后发送RTS(Request to Send)竞争信道并通过有限后退轮询算法分解冲突提高实时性。利用改进的PCF轮询周期性数据与产生在CFP(Contention Free Period)阶段的突发性数据，提高了突发性实时数据的实时性。针对望远镜无线局域网控制系统，设计了改进的MAC协议来提高实时性能。并且分析与仿真了改进协议的性能。
 

另外为了实现对望远镜的“随时、随地”的控制，本文还对望远镜的移动式控制进行了探讨，提出基于Java的移动式望远镜无线控制。利用J2ME(Java 2 Micro Edition)在移动终端设备上开发用户终端控制程序，通过HTTP(Hypertext Transfer Protocol)连接服务器，采用XML(Extensible Markup Language)协议定制终端与服务器数据交互的格式；通过PushRegistry注册机制动态注册引入的网络连接实现对望远镜的及时控制。