"墨子號(hào)"量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星（簡(jiǎn)稱"墨子號(hào)"）是國(guó)際首顆從事空間尺度量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)的衛(wèi)星。"墨子號(hào)"和4個(gè)量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)光學(xué)地面站及一個(gè)量子隱形傳態(tài)光學(xué)地面站構(gòu)建了天地一體化量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。為了實(shí)現(xiàn)各地面站的綜合協(xié)調(diào)工作,需要研制一套量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)光學(xué)地面站綜合控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱地面站綜合控制系統(tǒng)）。地面站綜合控制系統(tǒng)涉及4個(gè)量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)光學(xué)地面站,包括2個(gè)新建地面站和2個(gè)改造地面站,需要對(duì)其實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的接口和平臺(tái)控制。參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接口,針對(duì)量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)光學(xué)地面站的功能需求,采用分層和模塊化的設(shè)計(jì)方法,將地面站綜合控制系統(tǒng)分為:網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)交互層和設(shè)備控制層。設(shè)計(jì)完成的地面站綜合控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以下功能:（1）科學(xué)數(shù)據(jù)的發(fā)布;（2）內(nèi)外數(shù)據(jù)的交互;（3）量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星項(xiàng)目科學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的解析執(zhí)行;（4）測(cè)站環(huán)境和設(shè)備狀況的監(jiān)測(cè)。作為量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)光學(xué)地面站的統(tǒng)一控制平臺(tái),地面站綜合控制系統(tǒng)為量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)光學(xué)地面站的全面協(xié)調(diào)控制提供了有力保障和支持,同時(shí)作為通用的地面站控制系統(tǒng),具有便于向其他望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)移植的優(yōu)點(diǎn)。 

【文章來(lái)源】：天文研究與技術(shù). 2020,17(03)CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

地面站綜合控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖

設(shè)備層和主控軟件之間的通信采用單鏈路全雙工模式,命令控制數(shù)據(jù)流和狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)流的傳輸相互獨(dú)立,各使用一條通信鏈路。設(shè)備控制端(量子光通信望遠(yuǎn)鏡控制軟件、量子終端控制軟件)以固定頻率向主控軟件推送反饋狀態(tài)幀,主控軟件解析反饋狀態(tài)幀確定設(shè)備狀態(tài),進(jìn)行流程控制�！澳犹�(hào)” 是一顆低軌道衛(wèi)星,運(yùn)行速度較快,需要以較高頻率對(duì)量子光通信望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行位置和速度的控制。如果由主控軟件進(jìn)行軌道跟蹤控制,由于網(wǎng)絡(luò)通信頻率和網(wǎng)絡(luò)通信延遲的影響,無(wú)法實(shí)現(xiàn)高頻率、高精度的跟蹤控制。因此,在本設(shè)計(jì)中,由量子光通信望遠(yuǎn)鏡控制軟件負(fù)責(zé)軌道跟蹤控制。主控軟件流程如圖3,主控軟件提前將軌道數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為測(cè)站坐標(biāo)系下的時(shí)間位置序列,發(fā)送給量子光通信望遠(yuǎn)鏡控制軟件。同時(shí),為了提高效率,任務(wù)開(kāi)始前,主控軟件控制量子光通信望遠(yuǎn)鏡運(yùn)動(dòng)到軌道序列的第1個(gè)位置,等待任務(wù)開(kāi)始便進(jìn)行軌道跟蹤。

環(huán)境監(jiān)測(cè)和視頻監(jiān)控模塊是地面站綜合控制系統(tǒng)的輔助模塊,為實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的順利執(zhí)行提供保障。測(cè)站環(huán)境信息是實(shí)驗(yàn)計(jì)劃制定和調(diào)整的重要參考信息,同時(shí)也為實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析提供參考。環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備如圖4,由云量相機(jī)和氣象站組成,負(fù)責(zé)測(cè)量和記錄地面站的環(huán)境參數(shù),采集的信息要素如表2,主要包括云量、溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等。在環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備建設(shè)初期,由于云量相機(jī)和氣象站距離控制室較遠(yuǎn),采用傳輸延長(zhǎng)線的方式進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸,但在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)設(shè)備與采集電腦通信不穩(wěn)定的情況,造成數(shù)據(jù)采集不完整。經(jīng)過(guò)測(cè)試分析,發(fā)現(xiàn)是由于控制計(jì)算機(jī)和采集設(shè)備之間延長(zhǎng)線過(guò)長(zhǎng)引起通信不穩(wěn)定。于是對(duì)相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí),新的系統(tǒng)采用ARM單片機(jī)完成對(duì)全天相機(jī)和氣象站的控制及數(shù)據(jù)采集工作,采集結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)給服務(wù)器上的數(shù)據(jù)接收程序,數(shù)據(jù)接收程序?qū)邮瘴募M(jìn)行存儲(chǔ)[10],在使用過(guò)程中故障率顯著降低。視頻監(jiān)控部分主要包括環(huán)境視頻監(jiān)控、粗跟蹤相機(jī)視頻和精跟蹤相機(jī)視頻(簡(jiǎn)稱粗精跟蹤相機(jī)視頻)。通過(guò)攝像頭采集實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻和粗精跟蹤相機(jī)視頻,傳輸?shù)接脖P(pán)錄像機(jī),存儲(chǔ)到網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán),并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布到量子專網(wǎng)。視頻監(jiān)控模塊為實(shí)驗(yàn)過(guò)程的回溯提供了材料,為事后實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析提供參考。


本文編號(hào)：3545758