真正无人值守自动天文台控制和运行软件系统标准的研究

With the rapid development of astronomy in China, more and more telescopes will be installed in China's western plateau, Antarctica and even space in the future in order to obtain better observation conditions. These observatories all need high reliable and high available general purpose robotic observatory controlling and operating software system. Hence, software standard relevant to robotic observatory is quite essential to develop such a system that satisfies above requirements. However, there is no robotic observatory standard until now. In this project, we plan to study the standard of controlling and operating software system of robotic observatory, and then develop a robotic observatory system which conforms our standard. The standard defines in detail sets of common abstracted operating instructions which a robotic observatory should have, and the robotic observatory system implements the sets of instructions and provides user with calling interfaces. Users call these interface functions to carry out fully automatically operating observatory. Therefore, reliability and availability are ensured in the bottom system layer, while generality is satisfied in the top user layer. Our result will greatly reduce cost on developing controlling and operating system for real unattended observatory, while it will decrease developing difficulties and hence promote telescope building speed. More importantly, it will enhance China's voice in the field of robotic autonomous observatory.

随着我国天文事业的高速发展，在未来为了获得更好的观测条件，越来越多的望远镜将会安装在中国西部高原、南极甚至太空等真正无人值守的台站。这些台站都亟需高稳定性和高可用性的通用自动天文台运控软件系统。实现满足以上要求的系统软件离不开相关标准，而目前尚没有自动天文台运控系统的标准。本项目计划研究自动天文台控制和运行系统标准，并研发遵从这套标准的天文台运控系统。这套标准将详细定义自动天文台所有常用抽象设备指令集及其功能，而天文台运控系统则实现指令集功能并为用户提供指令集的调用接口。用户通过组合调用接口函数实现天文台的全自动运行。从而在底层系统上保证了高稳定性和高可用性，同时在顶层用户层面满足了通用性。本项目的研究结果，将会在保证安全可靠性的前提下，大大降低真正无人值守自动天文台在软件开发上的成本，同时降低其运控系统开发难度，推动望远镜建造速度。更为重要的是，它将增强我国在程控天文台领域的话语权。

随着天文观测技术的进步，程控望远镜成为中小型望远镜运行的主流。当今，以搜寻各类快速变化的暂现源为主要科学目标的大面积、高频次时域巡天是当今天文学的一个重要研究方向。这类巡天项目由于曝光时间短、每晚访问天区数量多，更是要求望远镜能够无人值守全自动运行。作为望远镜全自动运行的灵魂，其运行和控制软件系统尤为重要。因此，一套通用无人值守全自动运行天文台运行控制软件系统对未来天文学发展有着极大的帮助。如同计算机操作系统，开发这样的通用系统离不开相关标准的研究。..本项目研究了无人值守全自动天文台运行控制系统的标准，制定了天文台望远镜、探测器、圆顶、全天相机、自动气象站等各类设备操作通用指令集，根据指令集上设计了应用程序接口。在此标准上，我们研发了自动天文台操作系统软件(AAOS)，并开发了AP和ASA商业赤道仪赤道仪、GigE工业相机以及兼容ASCOM赤道仪和相机的驱动。最后我们将这套软件系统应用在了昆仑大气视宁度监视仪（KL-DIMM）上，成功实现KL-DIMM在南极冰穹A的真正无人值守全自动运行，有力保障了该设备首次获取了宝贵的极夜期间视宁度数据。本项目中，我们共发表相关研究论文三篇，获取发明专利四项。..AAOS在南极昆仑站的成功应用表明，本项目研究真正无人值守全自动天文台标准完全适用于望远镜的无人值守全自动运行。 项目的研究成果，也将为未来我国在南极、空间、西部高海拔台站运行全自动望远镜提供坚实的软件基础。

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