大型天文望远镜网络控制技术研究

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	大型天文望远镜网络控制技术研究
	李同英
学位类型	博士
导师	张振超
	2013-10
学位授予单位	中国科学院大学
学位专业	天体物理
关键词	望远镜主动光学网络控制无线传感器信息物理系统
摘要	天文望远镜控制系统是一个大型的复杂系统，它负责将望远镜的各个设备有机地组织起来，有效地完成观测。望远镜网络控制系统随着大型望远镜项目的开展而逐渐发展起来，极大地提高了望远镜的观测效率，己成为大型天文望远镜必不可少的一部分。目前，我国正在主持或者参与建造多架大型望远镜，它们都需要网络控制系统，并且原有的望远镜的控制系统需要更新维护，因此，对望远镜网络控制系统的研究非常必要。本文以13.7 米毫米波望远镜升级改造和LAMOST 国家大科学工程等为依托，对望远镜网络控制系统进行了深入的研究，主要开展了以下研究工作： (1 ）通过对各种典型望远镜的研究，包括射电望远镜GBT 、光学望远镜VLT 、SUBARU 等，以及在建的太阳望远镜ATST、巡天望远镜LSST，分析了它们的异同，分析了望远镜的实时控制需求，建立了望远镜网络控制的形式化模型，分析了望远镜网络控制系统的网络诱导延时。 (2 ）针对大型射电望远镜的特点对其主反射面的进行调整控制，消除重力、温度、湿度和风力等影响，从而提高望远镜的分辨率、灵敏度和观测效率，设计了→种CAN/Ethernet 协议转换器，实现CAN 中大量位移促动器与其在以太网中的主机的通信，通过光电编码器的反馈闭环控制位移促动器的驱动电机，大大提高了反射面的控制精度，在详细分析位移促动器上的两相混合式步进电机结构和的工作过程基础上，设计并实现位移促动器的闭环驱动控制。 (3 ）针对大天区面积多目标光纤光谱望远镜CLAMOST ）上4000 根光纤快速准确定位的需求，用LM3S9B96, CC2520 和CC2530 设计了ZigBee PRO 无线控制网络，变中国科技大学用微控制器芯片MC13213 设计的星型网络为Mesh（网状）网络，以提高网络的可靠性，实现4000 个光纤单元的定位和回零，减少了用线量95% 以上。同时相对于传统的有线驱动，通过节省占用焦面板上的空间，安装难度大大减小。WSAN 存在节点能量耗尽而失效问题和节点功能失效问题，需要保证网络中数据传输的可靠性和准确性，此WSAN设计采用协作MIMO 传输和Mesh 网络结构，在节省节点的传输能耗的同时尽可能减少数据发送节点和接收节点之间的路数，并采用动态路由改善网络的连通度，但这些措施会消耗能量，因此要确保数据传输可靠性的同时，也使传输能耗与内部电路能耗尽可能降低，提高系统的稳定性、可靠性和可维护性等性能。本论文的创新之处有以下几点： (1 ）针对望远镜控制系统呈现了网络化、标准化、无线化的发展趋势，提出了天文CPS 的概念和一个适用于天文领域的CPS 架构，提高望远镜系统的资源利用率和工作效率。 (2 ）通过对各种典型望远镜的研究，包括射电望远镜GBT 、光学望远镜VLT 、SUBARU 等，以及在建的太阳望远镜ATST、巡天望远镜LSST，分析了它们的异同，分析了望远镜网络控制系统的网络诱导延时，建立了望远镜网络控制的形式化模型。 (3 ）针对天文观测对望远镜观测室内外的环境参数（温度、湿度、风向和风速等〉的苛刻要求，提出一种新型的、适用于望远镜环境监测的基于简单概率模型的望远镜环境参量监控方法，其中采用移动代理技术，代理（ Agent ）移动到目标节点，使该移动代理直接访问目标节点上的资源，将环境数据收集，与Sink 节点只有较少的交互，从而避免了大量数据在网络中传送，较大地减小网络上的数据流量，降低了对网络带宽的依赖，同时也缩短了通信延时，提高了环境参量监控的响应速度。
学科领域	光学/红外望远镜 ; 自动控制 ; 计算机网络
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.niaot.ac.cn/handle/114a32/763
专题	学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	李同英. 大型天文望远镜网络控制技术研究[D]. 中国科学院大学,2013.