NVST观测调度系统关键技术研究

New Vacuum Solar Telescope （NVST）is officially running. High-resolution images and spectra of solar observation data obtained fully proved that NVST is a state-of-art telescope built on excellent observatory site. But limited by technical provisions, NVST has lacked the support of observation control system. The telescope subsystems are separated each other and unable to achieve the overall scheduling and equipment linkage interlocking. The observation process needs several operators to cooperate together. It seriously restricts the efficiency of NVST. Based on the analysis of the observation control system of large telescope (ACS, ATST-OCS) in depth, This aims of this project includes: NVST control system framework under distributed and heterogeneous conditions; techniques to solve the real-time data acquisition and processing through stream computing; message oriented middleware solution to real-time scheduling and reliable data transmission between heterogeneous devices; dynamic mode switching and terminal intelligent matching for observation-oriented telescope technology. On this basis, this project will design a core prototype of NVST Observation Control System which meets the requirement of real-time observation control and can improve scientific output. Research results can provide the underlying support for other astronomical telescope and reference for the development of large telescope control system in the future.

一米新真空红外太阳望远镜（NVST）已正式运行，观测获得的太阳高分辨率图像和光谱数据充分证明了NVST的先进性和优秀的观测站址。但受限于技术储备，NVST一直缺乏观测控制系统OCS的支撑，观测过程依赖多名观测人员的分工协作，严重制约NVST观测效率。本项目拟在深入剖析国外大型望远镜观测控制系统（ACS、ATST-OCS）的基础上，研究基于分布异构条件下的NVST观测控制系统框架；对原有TCS和ICS进行全面改造并增加分布控制接口，实现望远镜实时数据采集和仪器状态判断；改进消息中间件以解决可信数据传输和异构设备的实时调度；研究面向观测的望远镜动态模式切换与终端智能匹配等关键技术。最终研制设计一套NVST观测控制用的核心软件系统原型，满足NVST实时观测控制的需要，提高其科学产出。研究成果也可为其它天文望远镜的观测控制提供底层支撑，更可为未来CGST等提供较好的参考。

天文望远镜的建设是一个复杂的系统工程，从项目的提出到最终的建成可能凝聚几代人的心血。NVST自2012年进入试观测以来，所获得的优异观测资料得到了国内外同行的广泛关注，如何进一步提高与保障NVST的观测能力成为NVST今后发展的一个共识。本项目研究就是针对在NVST建设阶段较为薄弱的观测控制系统，通过对其关键技术的研究，最终实现一套具有分布实时计算特色的NVST观测控制系统，实现异构设备的统一集成与调度，实现数据处理的高效与有序，实现快捷的观测模式改变与设备的切换，实现高效的自动化观测调度。显然这会有效地降低广大天文研究人员与观测人员的工作难度，加快科研产出，更好地利用NVST进行天文研究和发现。..项目组通过3年的努力，各方面均完成了预定目标。项目组从底层控制基本系统入手，完成了一套全代码可控的望远镜观测控制系统原型，系统采用分布式控制的基本思想，能够支持中控单元与可终端系统的多种部署方式，项目组解决了其中的一系列关键问题，给出了全部的核心基类设计、调度模型、底层通信机制等方面。在上述研究的基础上，项目组将成果应用于LAMOST和丽江2米望远镜等望远镜系统，在上述系统中进行了部分应用与测试，取得了非常好的效果。..本研究工作从基础理论方面紧密跟踪望远镜观测控制系统的前沿技术，针对NVST的仪器特色对关键技术进行突破，结合信息技术的最新成果，最终设计的系统除了可以满足NVST的智能、高效、便捷、鲁棒的观测控制需要，关键技术已经应用与直接移植到LAMOST和MUSER系统，并可以为未来我国下一代大型望远镜（如CGST）的信息系统与观测控制提供借鉴，有较好的应用价值。