Программно-аппаратный комплекс автоматизированного измерения параметров приемной системы радиотелескопа РСДБ сети

Программно-аппаратный комплекс
автоматизированного измерения
параметров приемной системы
радиотелескопа РСДБ сети
“Квазар-КВО”
Лавров А. С.
Институт прикладной астрономии РАН,
Санкт-Петербург
1
Введение
РСДБ сеть “Квазар-КВО” состоит из трех радиотелескопов РТ-32,
расположенных в п. Светлое (Приозерский район Ленинградской
области), вблизи станицы Зеленчукская (Карачаево-Черкесская
республика) и урочище Бадары (Республика Бурятия).
4282 км
2015 км
4405 км
Географическое расположение обсерваторий и расстояния между ними.
2
Актуальность
Проблемы:
• Отсутствие автоматизации радиометрических наблюдений.
• Специфика инфраструктуры комплекса «Квазар-КВО» - одна команда
специалистов, три радиотелескопа, располагающиеся на большом
удалении от центра управления.
• Квалификация операторов - для диагностики неисправностей приемной
системы требуется значительный опыт работы, профессиональные
навыки.
Решение:
Необходимо создать программно-аппаратный комплекс, в основе
которого - система управления приемной аппаратурой. Комплекс должен
иметь функции автоматизированной компенсации (радиометрия),
автоматизированных измерений параметров и диагностики аппаратуры
приемной системы. Нужно предусмотреть возможность дистанционного
доступа к функциям комплекса из центра управления в ИПА РАН (СанктПетербург).
3
Приемная система радиотелескопа
Приемник
 1,35-I
Гетеродин
 1,35 см
Приемник
 1,35-II
Центральный
управляющий
компьютер
МКС 1
МКС 2
МКС 3
МКС 4
МКС 5
МКС 6
Компрессорная
кабина
Приемник
 6,2-I
Приемник
 6,2-II
Гетеродин
 6,2 см
Надзеркальная
кабина
Приемник
 3,5-I
Гетеродин
 3,5 см и
 13 см
КПЧ
Гетеродин
 18 см
Приемник
 3,5-II
Приемник
 13-I
Приемник
 13-II
Приемник
 18-I
Приемник
 18-II
Около 60 м.
Около 200 м.
Операторская
Состав приемной системы и расположение управляемых устройств
4
Особенности системы управления
• Непосредственное сопряжение с центральным управляющим
компьютером.
• Гибкая, расширяемая архитектура.
• Интеграция приемной системы в единую с точки зрения управления
структуру.
• Минимизация количества кабелей и кабельных соединений.
• Повышение надежности за счет увеличения уровня интеграции.
• Наличие “интеллектуальных” функций защиты от сбоев.
• Универсальный протокол обмена данными. (До 127 устройств. 128
команд, 10 из которых - общие.)
5
Архитектура системы управления
Помещение 1
Ведущее
устройство
Помещение 2
Помещение 3
Автоматический
повторитель
Автоматический
повторитель
Устройство 1
Устройство N+1
Устройство N
Устройство K
Автоматический
повторитель
Трансивер
Архитектура системы управления
N  K  127
6
Устройство и принцип работы
Монитор
температуры
Центральный
управляющий
компьютер
Дистрибьютор
ПУ МКС
ПУ МКС
ПУ МКС
ПУ МКС
ПУ МКС
ПУ МКС
Блок
включения
Блок связи
Блок связи
Блок связи
Блок связи
Блок связи
Блок связи
Блок связи
Блок связи
Блок связи
Блок связи
Трансивер
Блок управления гетеродином и ГПИ
Блок управления гетеродином и ГПИ
Блок управления гетеродином и ГПИ
Блок управления гетеродином и ГПИ
Монитор
температуры
КПЧ
Блок-схема системы управления (некоторые устройства не
показаны)
7
Аппаратно-программный комплекс
Блок включения
Память
состояния
Исполнение
команд
Поддержка
протокола
Блок управления гетеродином и ГПИ
Аппаратный
интерфейс
гетеродина
Аппаратный
интерфейс
ГПИ
Гетеродин
Исполнение
команд
Обработка
информации
Поддержка
протокола
ГПИ
Блок связи
Аппаратный
интерфейс
приемника
Приемник
Оператор
Память
состояния
Исполнение
команд
Обработка
информации
Поддержка
протокола
Аппаратура обеспечения шины G-3
Аппаратный
интерфейс
включения
Центральный компьютер
радиотелескопа
(с ПО FS)
Алгоритм измерения
Алгоритм компенсации
Низкоуровневый модуль
протокола шины G-3
Управление
антенной
КПЧ
Модуль управления и
сбора данных ЦРМ-1
Цифровое выходное
устройство
радиометра
Система контроля и
управления антенной
СКУ-А
Ethernet
Удаленный доступ
Сигналы контроля и управления
СВЧ сигналы, поток регистрируемых данных
Обмен информацией по протоколу шины G-3
Устройство приемной системы
МКС – микрокриогенная система
ПУ МКС – панель управления МКС
Задание
(файл)
Данные наблюдения
(файл)
Аппаратный модуль
Программный модуль низкого уровня (МК)
Программный модуль ПО ЦКР низкого уровня
Программный модуль ПО ЦКР высокого уровня
ЦКР – центральный компьютер радиотелскопа
ГПИ – генератор пикосекундных импульсов
КПЧ – коммутатор промежуточной частоты
Упрощенная блок-схема программно-аппаратного комплекса (показаны
только основные элементы)
8
Аппаратно-программный комплекс
Возможности:
• Автоматическая компенсация в радиометрическом режиме.
• Автоматическое измерение:
Шумовой температуры системы
Чувствительности в радиометрическом режиме (квазинулевом)
Чувствительности в режиме без модуляции (в модуляционном канале)
Параметров узлов приемника
• Автоматическая диагностика (процедуры автоматического измерения и
компенсации автоматически распознают и сообщают вероятные причины
неисправности)
• Мониторинг. Автоматическое проведение серий измерений через равные
промежутки времени в течение длительного промежутка времени.
9
Применение. Радиометрические наблюдения в полностью
автоматическом режиме
30
90
25
A
B
C
D
E
80
20
70
15
60
5
50
0
40
-5
-10
30
-15
20
-20
10
-25
20:50:00
20:40:00
20:30:00
0
20:20:00
-30
Время, UT
Запись выходного сигнала в течение тестового наблюдения (Источник 3c147. Приемник
10
3.5-II. Обсерватория “Зеленчукская”, 29.04.2009.)
Угол места, град.
Выходной сигнал
10
Применение. Автокомпенсация
10,0
5,0
0,0
-5,0
-10,0
-15,0
-20,0
-25,0
-30,0
-35,0
Диапазон 3,5 см. Холод. Обсерватория «Зеленчукская».
23:07:00
23:06:00
23:05:00
23:04:00
23:03:00
23:02:00
Запись сигнала приемника во время автокомпенсации.
23:08:00
Время UT
-40,0
11
Применение. Мониторинг шумовой температуры
Время UT
5,0
21:52:00
21:47:00
21:42:00
21:37:00
21:32:00
21:27:00
21:22:00
21:17:00
21:12:00
21:07:00
21:02:00
20:57:00
20:52:00
20:47:00
20:42:00
20:37:00
0,0
-5,0
-10,0
-15,0
-20,0
-25,0
-30,0
-35,0
Tsys=57.48
Tsys=57.60
Tsys=57.35
Tsys=57.48
Tsys=57.32
Tsys=57.37
Tsys=57.65
Tsys=57.45
Tsys=57.15
Tsys=57.42
-40,0
Запись сигнала приемника во время мониторинга Tsys.
Диапазон 3,5 см. Холод. Обсерватория «Зеленчукская».
12
Диапазон 3,5 см. Холод. Обсерватория «Зеленчукская».
Запись сигнала приемника при мониторинге чувствительности.
13
20:10:00
-1,0
20:05:00
20:00:00
19:55:00
19:50:00
19:45:00
19:40:00
19:35:00
19:30:00
19:25:00
19:20:00
19:15:00
3,0
DT=7.99 mK
DT=10.09 mK
DT=7.54 mK
DT=7.86 mK
DT=8.63 mK
DT=7.70 mK
DT=9.66 mK
DT=6.68 mK
DT=9.67 mK
DT=8.58 mK
4,0
19:10:00
19:05:00
19:00:00
Применение. Мониторинг чувствительности (радиометрия)
2,0
1,0
0,0
Время UT
DT=6.92 mK
DT=5.65 mK
DT=6.45 mK
DT=6.78 mK
DT=6.42 mK
3,5-II холод 04
DT=7.10 mK
DT=6.55 mK
DT=7.15 mK
4,0
DT=5.50 mK
DT=6.37 mK
Применение. Мониторинг чувствительности в режиме без модуляции
3,0
2,0
1,0
0,0
Запись сигнала приемника при мониторинге чувствительности.
Диапазон 3,5 см. Холод. Обсерватория «Зеленчукская».
22:59:00
22:54:00
22:49:00
Время UT
22:44:00
22:39:00
22:29:00
22:24:00
22:19:00
22:14:00
22:09:00
22:04:00
21:59:00
-1,0
22:34:00
Квазинулевой режим
(радиометрический)
14
Применение. Автоматизированное получение «разрезов» атмосферы
250
230
Шумовая температура системы, К
210
190
170
150
130
110
90
70
50
0
45
90
135
180
225
270
315
360
Азимут, град.
“Разрез” атмосферы по азимуту на угле места 7° для радиотелескопа обсерватории
“Бадары” (3,5-I)
15
Заключение
Разработанный программно-аппаратный комплекс позволяет:
• Полностью автоматизировать процесс радиометрических наблюдений.
• Автоматизировано производить измерения важнейших параметров
приемной системы: шумовой температуры и чувствительности, а также
производить их мониторинг.
• Автоматизировано собирать информацию о условиях и режимах работы
аппаратуры приемной системы с целью изучения их влияния на
параметры приемной системы.
• Автоматизировано получать «разрезы» атмосферы по азимуту и углу
места, которые могут быть использованы для мониторинга помеховой
обстановки.
• Автоматизировано и/или дистанционно проводить диагностику
аппаратуры приемной системы и измерять параметры ее узлов.
16
Спасибо за внимание!
Обсерватория17«Бадары»
03.07.2009