面向南极大型天文望远镜的自主观测和自主控制关键技术的研究

The environment of Antarctic has the conditions of observation similar to space environment. More astronomical telescopes will be deployed in the Antarctic, including the new scientific expedition station “Tai-Shan Station” is building and the Antarctic Observatory is also on the progressing, especially the first large telecospe in Antarctica, 2.5-meter aperture infrared/optical Kunlun Dark Universe Survey Telescope(KDUST), will begin to be built and deployed at Dome A, Antarctica. The sites in Antarctic are the best astronoical observtory sites in the world, but for the telescope construction, it is a big challenge for engineers to conquer the extreme environment including the low temperature, high altitude and diffulty maintainment. The operation and control of such big telescope should be unattended, autonomous controlled and operated remotely, which bring us new problems and challenges. In this proposal, the key technologies of autonomous control and observation of a large telescope in Antarctica will be presented, including the study of autonomous sensing module, the study of electronics system adapting extreme environment and its high reliability, the study of hardware-software-integrating system with fault allocation and diagnoses, and the study of high efficient communication with limited satallite channel. Through these researches, we will complete a prototype of autonoumous control and operation system for KDUST with high efficient usage and more scientific products.

南极具有近太空的条件,有越来越多的天文望远镜将落户到南极，包括南极新的科考站泰山站的建设以及南极天文台的筹建，特别是南极首个2.5米的大型望远镜KDUST将开始建设，并将部署在Dome A。南极是已知地面上最好的天文观测站址，但是对于望远镜来说要克服南极极端的环境，比如极端的低温，高海拔，维护困难等，因此对这样一架2.5米的光学/红外望远镜的控制，运行及观测，需要做到无人值守，远程自主控制和自主观测，对相关技术提出新的课题和挑战。本项目以南极极端环境为背景，开展大型望远镜自主观测和自主控制中关键技术的研究，包括具有自主感应的设备模块的研究，适应极端环境的电子学硬件系统及其高可靠性的研究，具有故障自主定位和诊断的软硬件一体系统的研究，基于卫星有限带宽下高效远程自主观测和控制的研究。通过对这些关键技术的研究，完成一个能用于KDUST的远程自主观测和自主控制的系统原型，提高设备的利用率及科学产出

南极具有近太空的条件，越来越多的天文观测设备将落户南极，包括南极新的科考站泰山站的建设和南极天文台的筹建。由于南极首个2.5米口径的大型望远镜KDUST未能正式立项建设，本项目通过课题组在进行的另外两个南极观测设备项目南极近红外天光背景测量仪和中国之星望远镜阵列（CSTAR）的升级版Dome A Twins（DATs）以及将落户青海冷湖的2.5米口径大视场巡天望远镜进行相关技术的研究和验证，同时兼顾了南极和国内高原站址望远镜的需求。不管是南极还是青海冷湖，都存在高海拔低温的情况，同样需要做到无人值守，远程自主控制和自主观测，因此技术层面上具有通用性。..基于南极工作需求的DATs CCD相机和红外天光背景测量仪以及2.5米的WFST主焦相机的研制，在设计中增加了相关的现场测量模块，现场配置模块和执行模块，包括电压和电流测量模块，时序测量模块，温度测量模块，并完成软硬件的集成.对于能在低温工作的器件进行了严格的选型，并进行实际测试，针对低功耗的CCD读出，进行了低功耗CCD控制器的设计和测试，完成了DATs CCD相机控制器，CCD290控制器和CCD250控制器，结合软件进行故障的评断。.完成了设备信息的收集和上位机软件的设备层控制软件的配合，建立了相应的设备信息库和运行信息库，建立了故障模型和相应的知识库，并对相应的信息进行了远程可视化显示，使得用户能很方便的查看各种信息。 .针对南极低带宽和高费率的情况，研制了一套基于WebSocket和HTTP协议的通信框架，并且基于Tornado和Vue实现了这一框架，节省了大量的带宽，改善了由于网络延迟对于用户的体验；通过压缩日志文件的方式，进一步降低带宽消耗。并应用在红外天光背景测量仪和DATs望远镜观测控制中。.完成构建自主观测控制框架RACS2，并基于RACS2构建了自主观测运行和控制的平台，是开发自主观测和控制系统的框架，完成了碎片观测项目和DATs巡天项目的完整观测和远程控制，基于RACS2进行WFST主焦相机控制系统和观测控制系统的构架和设计。