丽江2.4米望远镜控制系统逆向分析和建模研究

The telescope control system is the indispensable part of morden astronomical telescope, and has become to be the "Central Nervous System" of the whole telescope system. Due to several reasons, Yunnan Astronomical Observatory didn't get the source code of the 2.4m telescope control software from the producer, which threats the normal and continue operation of the telescope more and more. For lots of the hardware of 2.4m telescope is customized, and most of the software’s functions are encapsulated in the low-level code, we can’t replace the hardware easily. Without the source code, we can’t revise the control software, which results in that we need to replace it with the spare ones that have the exactly same model when some parts of hardware were failed. As the rapidly development of the electronic technologies, many hardware are replaced by new updated version, it’s getting hard and hard to purchase the electronic products with the same model nowadays, which threats the normal operation of the telescope a lot. On the other hand, there also have several shortages on the stability and expansibility of the original control software, which show up more and more clearly after the improvement of telescope control technologies from last decade. In this project, we will inverse analysis the control system that was still used nowadays, and build our own model based on the analyzing results and the advanced control techniques used on the other telescopes around the world, and then develop the source code of the control software by ourselves. Hopefully, we will finally solve the technology difficult of replacing or updating the hardware, and will also improve the stability and expansibility of the control software by implying the new control techniques.

控制系统是现代天文望远镜不可缺少的组成部分，是整个望远镜系统的“中枢神经”。然而云南天文台却一直没有获得丽江2.4米望远镜控制系统的源代码，这越来越严重地威胁到了该望远镜的长期可持续运行。由于没有源代码，控制软件无法修改，电子零部件损坏时必须使用相同型号的备件进行更换，才能恢复望远镜的正常运转。然而，该望远镜所使用的电子设备中，有些是定制的，有些已经更新换代，原型号已经停产，导致该望远镜面临着因无法获得备件而无法恢复正常运行的危险。此外，原控制系统在稳定性、扩展性等方面也存在很多不足，近十年来国内外的望远镜控制技术取得了很大的发展，更突显了这种不足。本项目拟对该望远镜原有的控制系统进行逆向分析和建模，消化吸收原系统的控制技术，并借鉴国内外其他望远镜上先进的控制技术，自主研发控制系统的源代码，彻底解决由于缺少源代码而带来的对该望远镜长期稳定运行造成的威胁，并解决原控制系统的不足。

望远镜的控制系统可以看做是整个望远镜系统的“中枢神经”，对于提高望远镜的性能有至关重要的作用，丽江2.4米望远镜虽然有比较先进的控制系统，但云南天文台却一直没有获得控制系统的源代码，这越来越严重地威胁这望远镜的长期可持续运行。该望远镜所使用的电子设备中，有些是定制的，有些已经更新换代，原型号已经停产，由于没有源代码，无法对控制软件进行升级，从而导致望远镜面临着因无法获得备件而无法恢复正常运行的危险。此外，原控制系统在稳定性、扩展性等方面也存在很多不足，近十年来国内外的望远镜控制技术取得了很大的发展，更突显了这种不足。因此，本项目旨在不影响2.4米望远镜正常观测运行的前提下，消化吸收原系统的控制技术，借鉴国内外先进的控制技术，对控制系统进行逆向分析与建模，从而最终自主研发控制系统的源代码。. 通过本项目的实施，目前已经取得了一定的进展，主要包括：1）在没有源代码、缺乏技术文档的基础上，对封装在“黑盒子”里的控制系统进行分析，并根据长期的经验，总结概括出整个望远镜系统的状态模型；2）利用现有的和新采购的工控机和控制板卡备件，搭建了用于进行控制系统软件开发和测试的硬件平台，包括主控节点、望远镜控制节点、监视节点和控制节点；3）对国内外先进望远镜的控制技术进行了研究，并深入分析了用于提高望远镜跟踪精度的非线性算法，以为源代码的开发提供理论基础；4）基于针对当前控制系统的状态信息的提取和分析，建立了可供控制终端、观测用户等使用的统一的数据库系统；5）选择复杂性最高、具有代表性的消旋轴控制系统为入口，使用C和C++语言进行了控制软件源代码的研发，并成功在望远镜上实现测试。. 本项目的执行期虽然结束，但控制系统源代码的研究工作还没有结束，项目组将继续开展相关工作，力争尽快解决源代码的问题，彻底解决2.4米望远镜面临的风险，也为国内其他中大型望远镜控制系统的开发奠定基础。