徐灵哲

Nanjing Institute of Astronomical Optics & Technology (NIAOT)/ National Astronomical Observatories, CAS, China (NAOC)

Presented by: 徐灵哲 Advisor: 赵永恒

中国虚拟望远镜远程控制技术初探

Address, April 19, 2023

By 徐灵哲

中国虚拟望远镜远程控制技术初探

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什么是虚拟望远镜虚拟望远镜是一种软件虚拟望远镜是基于 INTERNET 的一种服务 虚拟望远镜的数据来源是实际望远镜

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YAHOO 对虚拟望远镜的定义

虚拟望远镜是凭借互联网合并两台或多台望远镜的资源来合成一个单一的，全面的，增强的图像，用以显示在一个经过计算机处理的合成的界面上。这些资源可能是光学望远镜的光波，也可能是射电望远镜的射电波。这些波谱既有波峰又有波谷。把这些波谱进行合并，将会得到一个单一的增强的波谱。这将使得星象看起来更明亮使用户能够观测更远的天体目标。

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我对虚拟望远镜的看法虚拟望远镜应该实现两个方面的功能，一方面是从多个望远镜的观测结果中进行合成，分析来获得观测结果，另一方面是直接操纵望远镜进行观测，并通过网络显示观测结果。本文所讨论的正是基于后者的远程控制技术。

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中国虚拟天文台和虚拟望远镜

由数字虚拟天空、虚拟天文望远镜和虚拟研究设施所组成的机构便是一个独一无二的虚拟天文台

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天文数据

数据整合

数字虚拟天空

数据提取

虚拟望远镜

计算，统计分析和可视化

虚拟天文台

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中国虚拟天文台和虚拟望远镜

China-Vo 在成立之初就提出了与LAMOST 项目紧密结合，把 LAMOST 建成 VO-Enabled LAMOST 。它包括两层含义。第一层含义是指“ VO-enabled LAMOST Data”。指的是 LAMOST的工作星表在 VO 技术和资源的支持下产生，同时项目的数据产品通过 VO 进行共享。

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中国虚拟天文台和虚拟望远镜

第二层含义是“ VO-enabled LAMOST Telescope”。实现 LAMOST 望远镜的VO 化，让其成为 VO 资源中的一个结点。笔者提出一个“ VIRTUAL LAMOST” 的概念，即以 LAMOST 作为虚拟望远镜研究的基础， 同时兼顾已有的和将来要新建的望远镜，对虚拟望远镜的远程控制技术进行研究，建立一个具有通用的望远镜远程观测控制接口的虚拟望远镜观测控制平台。

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虚拟望远镜的相关技术 -XML 技术 XML 代表 Extensible Markup Language 。 XML 是一套定义语义标记的规则，这些标记将文档分成许多部件并对这些部件加以标识。它也是元标记语言，即定义了用于定义其它与特定领域有关的、语义的、结构化的标记语言的句法语言。

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虚拟望远镜的相关技术 -XML 技术 XML 是以文本形式来描述的一种文件格式 由于XML 是以文本形式描述的，所以适合于各种平台环境的数据交换。同样由于使用文本来描述内容，可以越过不同平台的障碍进行正常的数据交换。 XML 使用有意义的标记（ Tag ） 在 XML 中文件是由一个个称之为元素（ Element ）的部件构成。使用标记（ Tag ）来描述元素。由于使用了标记的描述方法，可以保持原数据的意思和构造在互联网上进行数据交换，进而可以保持不同系统之间数据交换的灵活性。

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虚拟望远镜的相关技术 -XML 技术 XML 是“定义语言的语言”，也即是一种元语言。由于 XML 具有元语言的功能，所以可以成为描述电子商务数据、多媒体演示数据、数学公式等各种各样数据应用语言的基础语言。 虚拟望远镜的数据来源是多台望远镜，每个望远镜的控制系统，所用的操作系统可能都不相同。因此要远程操纵多台望远镜，必须建立一个统一的接口。用 XML 来描述望远镜的各项参数和控制接口是非常合适的。

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虚拟望远镜的相关技术 -WEB SERVICE 技术 Web Service 是微软提出的基于互联网的开发模型，是自包含、自描述、模块化的一种新型Web 应用程序分支，可以发布、定位、通过Web被调用的基于网络的分布式的模块化组件，它执行特定的任务，遵守具体的技术规范，能与其他兼容的组件进行互操作。 基于松散偶合型基本结构的 Web Service扩展了传统中间件模型，使用简单对象访问协议SOAP (Simple Object Access Protocol) 以及基于 XML 进行数据交换的特性使得其根除了特定对象模型协议带来的障碍。

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虚拟望远镜的相关技术 -WEB SERVICE 特点 Web Service 形成一个分布式环境。可以通过接口和服务代理远程访问对象，并可以在这些对象上执行操作。当一个 Web Service 的实现发生变更时，只要其界面不改变，使用者将无法感到这种变更 由于 Web Service 的协议是平台无关的，不同的应用 /平台 /协议可以通过 Web Service 实现互操作，从而具有了整合当前各种应用的能力

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虚拟望远镜标记语言VTML

针对通用望远镜观测控制系统的特点，需要建立一套标准的，高效的标记语言，用来描述望远镜观测控制平台。我们在分析了望远镜，望远镜观测控制系统的特点的基础上提出了建立基于 XML 的虚拟望远镜标记语言 VTML （ Virtual Telescope Markup Language ）。

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虚拟望远镜观测控制平台

虚拟望远镜控制平台应该是一个由VTML 定义的集成的庞大的组件库 虚拟望远镜属性组件：该组件是对望远镜的属性进行通用的描述。它包括望远镜的主要特征，例如：

1. 机械结构类型 ( 地平式还是赤道式 )2. 口径大小 3. 焦比

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虚拟望远镜观测控制平台

4. 视场大小5. 焦点（卡焦、耐氏焦点等）6. 是否采用主动光学技术7. 是否采用自适应光学技术8. 导星方式9. 跟踪方式10.主轴传动方式（齿轮驱动、摩擦驱动、

直接驱动）

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虚拟望远镜观测控制平台

接口描述组件：该组件主要是对望远镜的控制系统接口进行描述。它包括如下几大模块

1. 计划目标模块：这个模块主要是让用户对观测目标进行选择，并根据实际情况产生观测计划。

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虚拟望远镜观测控制平台

2. 观测命令模块：这个模块面对的是观测用户，它们是相对独立的，即它们并不关心系统是如何实现的，也不需要了解下层的情况．

3. 控制系统命令代理模块：这个模块实现实际望远镜控制系统命令和虚拟望远镜观测控制系统的命令转换，提出一套标准的基于 XML的望远镜控制命令接口。如果将来的望远镜控制系统中直接采用这套标准，将实现和虚拟望远镜的无缝连接。

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虚拟望远镜观测控制平台

控制面板组件：编制了大量的用于控制面板显示的输入输出组件，如文本输入框，按钮，曲线显示等这些组件以图标的形式集成在一个图形化的界面中。 通讯组件：该组件负责虚拟望远镜和实际望远镜之间的网络通讯。

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VTML 的定义方式这里定义的这套虚拟仪器标记语言是基于元标记语言 XML 的，所以它也是采用元素逐层嵌套的形式。 VTML 元素的名称和属性都是约定的 ,VTML 的基本元素是组件。组件包含若干输入端口和输出端口。虚拟望远镜之间的数据流用组件之间的连线关系来表示。一条连线连接一个组件的输出端口到另一个组件的输入端口。

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虚拟望远镜观测控制系统软件模型

系统采用基于 WEB 的分布式三层体系结构，包括由嵌人在客户端WEB浏览器页面内的虚拟望远镜控制面板形成的表示层，服务器端的应用服务层和数据服务层。表示层 :在 Web页面内接受用户对仪器控制参数的输人，转化为 XML 数据格式，作为携带仪器控制指令的 XML 数据通过 SOAP协议与服务器进行通信，同时接受并解析返回的测控数据 XML ，并在控制面板内动态显示。

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虚拟望远镜观测控制系统软件模型

应用服务器层 :由 Web Server 和 Web Service 组成。其中 Web Service 中的服务组件模块对数据层中的各个已经编写好的接口组件进行封装，形成各个 Web Service 组件，并通过 Web Server 对外提供统一的 Web Service 服务接口。 数据服务层 :本层实现对望远镜远程控制并取得测量数据，测量数据转化成 XML格式通过应用服务层返回给客户端。

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结束语

Web Service 的基于开放的，标准的网络协议和数据格式的特性，使其更好地实现了跨系统，跨平台的应用。它提供了一种分布式，平台无关的应用程序集成机制。以 XML 作为网络的传输格式，不仅是将来网络发展的方向而且易于实现接口统一。本文对基于 Web Service 平台和 XML 进行数据交换的虚拟望远镜远程控制进行了一些探讨，对未来的虚拟望远镜的开发工作有一定的借鉴。随着网络技术的飞速发展，相信会有更多的新技术应用在虚拟望远镜的研制过程中。

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