【摘 要】
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射电天文望远镜是一套由众多设备有机组成的综合系统,通常包括主动面系统、馈电系统等。在进行天文观测时,设备之间彼此存在一定的独立性,同时又相互依赖,每个子设备的运行状态直接或间接影响其他设备的运行及天文观测模式。因此及时掌握各个设备的运行状态、实现对每个设备的有效控制对开展天文研究是非常重要的,而这正是射电望远镜监控系统负责完成的工作。南山26射电望远镜(NSRT)现有的监控系统只对部分设备进行了监
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射电天文望远镜是一套由众多设备有机组成的综合系统,通常包括主动面系统、馈电系统等。在进行天文观测时,设备之间彼此存在一定的独立性,同时又相互依赖,每个子设备的运行状态直接或间接影响其他设备的运行及天文观测模式。因此及时掌握各个设备的运行状态、实现对每个设备的有效控制对开展天文研究是非常重要的,而这正是射电望远镜监控系统负责完成的工作。南山26射电望远镜(NSRT)现有的监控系统只对部分设备进行了监视,其他设备有必要监视但并没有实现监视功能。具备监视功能的设备采用本地GUI模式,监视软件直接与硬件相连,设备数据存储在本地计算机,不能实现远程访问。针对NSRT现有监视系统的不足,本文以分布式原理为基础,初步设计一套基于B/S模式的可用于南山26米射电望远镜的健康监控系统。本论文从系统设计(需求分析、即时通讯、分布式数据格式化)和系统实现两个方面对NSRT健康监控系统进行研究:首先是系统的设计,主要包括以下三个方面:(1)需求分析。大型射电望远镜因其子设备繁多、且互相关联,在设计其监测系统时需要考虑数据传输量大、频率高等特点,分析得出应采用分布式控制方式设计该系统。(2)分布式系统数据传输格式化。基于分布式原理设计的系统一般由于其跨平台、跨语言、子系统需要互相交换数据的开发特点,需要对系统内部的数据进行统一格式化,涉及到计算机数据序列化技术,本文对数据序列化原理进行深入分析,并且使用Python、C++和Java Script三种编程语言对Msgpack、Protobuf、Flatbuffers等序列化工具的压缩尺寸和序列化时间进行了测试对比分析。得出Msgpack具有支持二进制、对数据压缩、序列化时间较短、可扩展性强和容错率高等特点,综合考虑使用Msgpack作为该系统的数据格式化工具。(3)Web即时通讯技术。NSRT健康监控系统实现的是用户可以实时掌握被监视设备的运行状态,并且可以通过客户端向被监视设备发送操作指令。这就要求整个系统需要具备实时、可控、网络传输数据低开销等特点,通过对基于浏览器实现实时通讯方式(短轮询、长轮询、服务器发送事件、Websocket)的原理进行分析、测试,得出Websocket在通讯过程中既可以实现双向、实时、低开销和支持二进制帧等优点,可以作为该系统的底层通讯方式。其次是系统的实现部分:基于B/S设计模式的NSRT系统,其主要分为服务端实现和Web页面实现两部分。服务端负责请求和处理被检查设备数据,并向前端提供数据接口,Web页面负责展示和与用户交互的功能。限于南山26米的硬件条件,本文采用模拟数据接口实现了对天线监测系统、接收机监测系统、终端系统等的开发。最后本文基于IMVC设计模式,应用Websocket、Msgpack和React.js开发了一套射电望远镜信息检索平台。该平台既是Web技术在射电天文研究中的应用,也是对NSRT健康监测系统中客户端(用户交互系统)与服务端之间数据交互过程的进一步实践,以期通过该平台的开发对未来NSRT的接入实际运行场景积累一定的技术经验。
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