使用LabVIEW开发世界最大望远镜的实时控制系统

2011-09-27 12:31:21来源: 互联网

Author(s):
Jason Spyromilio - European Southern Observatory

Industry:
Research, Aerospace/Avionics

Products:
LabVIEW, Real-Time Module

The Challenge:
使用商业购买即可使用(COTS)的解决方案,用于特大型望远镜自适应光学实时控制中的高性能计算(HPC)。

The Solution:
将NI LabVIEW的图形化编程环境和多核处理器结合在一起,开发实时控制系统,证明COTS 技术能够用于控制欧洲特大型望远镜(E-ELT),目前E-ELT 处于原型设计阶段。

为了进行尺寸对比,两个人和一辆汽车位于E-ELT 边上。M1 主镜面的直径是42 米,其镜面的制造是分段完成的

概述
欧洲南方天文台(ESO)是由13 个欧洲国家支持的天文研究机构。我们已经开发并部署了一些世界上最先进的望远镜。我们目前在智利的安第斯山地区分布着三个站点,即La Silla、Paranal 以及Chajnantor 天文台。我们总是采用创新技术,例如在La Silla 的3.6米望远镜上使用第一个通用用户自适应光学系统,在La Silla 的3.5米新技术望远镜(NTT)上部署主动光学系统,以及在Paranal 运用大型望远镜(VLT)的整合操作和关联干涉仪。此外,我们还和北美、东亚合作伙伴进行合作,建立Atacama大型毫米阵列(ALMA),它是耗资十亿美元的66 天线亚毫米望远镜,计划于2012 年在Chajnantor 大草原建成。

我们的下一个项目是E-ELT。这个主镜直径42 米的望远镜设计已经进入了阶段B,并且获得了1 亿美元的资金,用于初期设计和原型开发。在阶段B 之后,预计在2010 年底开始进行建造。

大规模主动、自适应光学系统
42 米望远镜吸收了ESO和天文界在主动自适应光学与分段镜面方面的经验。主动光学系统包含了传感器、促动器和控制系统,从而使望远镜能够维持正确的镜面形状。我们可以自动维护望远镜的正确配置,减少在光学设计中的任何残留象差,提高效率和容错性。这些望远镜在夜间需要每分钟都进行主动光学系统校正,从而确保成像只受到大气效应的影响。

自适应光学系统使用相似的方法,在数百赫兹的频率下监视大气效应,并使用经过特殊加工的可变形薄型镜面加以校正。扰动尺度决定了这些可变形镜面上促动器的数量。波前传感器快速运行,对大气进行采样,将所有失真转换为相应的镜面动作指令。这需要支持高速计算的硬件和软件。

控制复杂的系统需要十分强大的处理能力。对于在过去部署的控制系统而言,我们基于虚拟机环境(VME)实时控制可以开发专用的控制系统,这不但十分昂贵而且十分耗时。我们现在与NI 工程师们一起合作, 使用COTS软件和硬件,使E-ELT 上的主分段镜面的控制系统(称为M1)性能达到新的高度。同时我们也在研究基于COTS 的可能解决方案,用于望远镜镜面自适应实时控制(称为M4)。

M1是包含984 个六边形镜面的分段镜面,总直径达到42 米,每个镜面的重量约为330 磅,直径在1.5 至2 米之间。与之相比,哈勃空间望远镜的主镜面的直径不过2.4 米。E-ELT 的一个单体主镜面本身就比世界上最大的光学望远镜大三倍,并且五个这样的镜面将协同工作。

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关键字:LabVIEW  望远镜  实时控制

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0927/article_3577.html
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