REM观察软件

文摘

快速眼(REM)山是60厘米机器人望远镜位于拉西亚,智利。其观察软件(雷莫)是由一组分布式互相通信过程围绕一个中心经理。他们一起授予系统安全,自动调度和执行观测两个同时摄像头的用户定义的目标,并推动卫星快速反应警报。后续数据减少管道由每个相机。

1。介绍

发现在过去几十年的天体物理过程的开发时间表的几秒钟到几分钟了仪器的必要性能收集尽可能多的信息在这些尺度。另一方面,过去20 - 30年的技术信息学的发展使天文社区发展与高度自治的望远镜。科学需要快速反应的天体物理过程从而获得所需的工具之一,也就是说,机器人的望远镜可以设法获得光子来自一个先例未知源位置完全无人值守的方式。

快速眼(以下REM)望远镜山是机器人望远镜的一个主要致力于研究伽马射线爆发(GRBs)余辉。它的实现允许自动指向一个新的伽马线暴从警报的接待在30秒。

(描述的系统已经1- - - - - -3]。在接下来的段落我们概述它的整体设计。在下一节中描述的所有策略在软件中实现,而部分5来12报告技术实现问题。

2。科学的目标

REM是安装在拉西亚2004年6月,成为2005年下半年全面运作。试运行以来,项目研究的科学驱动的GRB余辉的早期阶段。这种具体化的实现软件系统能够实时分析所有警报来自卫星,像HETE II,积分,迅速、迅速,最近,费米,并自动将望远镜指向源的位置。当没有警报是活跃的,快速眼动在实时绘制和执行时间表基于中学科学目标。

从2006年10月开始快速眼动也成为意大利国家设施INAF (di Astrofisica重回国家队的史)。在这个新环境中,快速眼动现在提供给科学界和两个建议每年的呼声。

自参与观察的操作有很大的不同取决于系统对卫星的警报,因此自然分化的观察在两类:

(我)卫星预警快速反应,(2)观察位置来源。这一点的泛化是激活的可能性的目标机会()请求。这将是讨论的部分6。

3所示。系统的一般描述

3.1。望远镜

快速眼山REM是60厘米机器人快速回转望远镜位于拉西亚的ESO拉西亚帕拉纳尔天文台,在智利and。

古典Ritchey-Cretien光学方案,主镜的60厘米直径在f / 2.2 f / 8的总等效焦比在焦平面上。

山是一个紧凑alt-azimuth两Nasmyth站。站主机两个工具,一个高效的红外相机(REMIR)和光学slitless摄谱仪(罗斯),它可以同时操作由于光束分裂二向色镜;第二Nasmyth焦点目前不使用任何仪器。紧凑的设计允许望远镜山杀尽快每秒10度。虽然望远镜不配备指导系统、高精度ETEL编码器允许跟踪5分钟保持恒星位置在其平均2 "一半全宽度最大的应用)。

望远镜外壳由一个双边屋顶,可以分开,离开望远镜能够指向一个最低海拔5度在地平线上。

3.2。相机

REM红外相机([4,5配备了罗克韦尔])像素,18m HgCdTe阵列,并通过液态氮冷却。一个光学系统允许获得的视场弧分²。相机有10-position filterwheel,标准J, H, Ks + y, H2过滤器。

REM光学Slitless摄谱仪(罗斯(6)是一个商业远地点CCD相机,1 K1 K探测器。光学允许覆盖几乎exacly同一领域的红外相机(即9.549.54弧分²FoV)。除了标准约翰逊V, R,过滤器,filterwheel还拥有一个阿米西稜镜,它允许获得slitless光谱领域的所有对象的大小300年代的接触。

2006年8月以来,雷也举办TORTORA相机([7,8这个程序)。仪器致力于光学瞬变的早期发现和研究;安装在REM平行光管,它是由一个广角()快速光度法photomultiplied光学相机,允许获得的测光观测地区的天空每一秒到。

4所示。总体视图的软件结构

多样化的操作由REM翻译大量的算法需要实施。事实上,作为一个机器人望远镜,REM不仅自动执行一系列观测,但也不断监控本身,在某种程度上,它也可以自诊断和对故障做出反应,允许,在某些情况下,自动继续观察虽然在降级模式。

操作的复杂性是其他部分有效地通过一组互相通信程序,实现每一个处理一个(甚至在最复杂的情况下,只有部分)的快速眼动的许多方面的活动。

采用模块化组织的另一个优势的任务是在软件故障的情况下,只有相应的模块的影响,离开所有其他正在运行的程序,从而最大限度地减少风险源于这样的问题。

图1代表一个通用方案构成REM观察软件的所有流程。他们可以分为逻辑组:管理的穹顶,气象数据的管理,管理的相机,管理卫星警报,望远镜的管理,系统日志记录和通信与家里,和同步的所有操作。每一个这些单位将在以下小节中描述。

作为一般的想法,所有的模块与一个特定的一个,名叫雷经理(REMMNGR)。这个程序收集的数据来自其他模块,处理所有相关的信息,以决定下一个操作执行。行动的数量包括以下:观察新来源,评估伽马线暴警报的品质因数,和中断一个正在进行的观测一个瞬态响应警报。

图2显示了一个框图的空闲周期REMMNGR的过程。系统不断倾听新的警报。虽然没有收到警报和环境条件足够好,目标选择从公认的科学项目。一旦收到一个新的警告,任何可能的持续观察被中断,望远镜指向新的来源。

所有进程的完整列表以及简要描述表是可用的1。

绝大多数的模块实现了python语言,只有少数例外(REMSCHDLR, REMOBS),完全是ANSI C编写的。

尽管大部分的模块运行在同一台机器上,他们之间的沟通是通过TCP / IP协议;尤其是雅美族人(9]图书馆已经选择了它的可移植性(可以在所有最常见的操作系统),其可用性对于许多常见的编程语言(C / c++、python、Tcl),其密实度,低运行它所需的资源数量。

5。预警管理

自REM的主要特性之一是快速反应能力的卫星警报,小心被放入管理的所有类型的警报发送的可用高能卫星的数量。

警报的主要来源是政府通讯系统。这个系统负责提供警报HETE二世和快速生成的卫星。与该系统是通过沟通REMGCN的过程。这个程序封装所需的总活动套接字服务器接收GCN中央派出的不同类型的消息引擎通过TCP / IP网络连接,沟通和警报的收据REM中央管理器,这将取决于各种参数选择其行动。

另一个永久的警报是迁徙水鸟网络来源,为整体开发的卫星。负责过程与这个系统是保持沟通REMIBAS;在这种情况下,UDP套接字连接遵循标准和大量使用公共图书馆开发的整体团队(10)和快速眼动也积极合作与β测试。

除了只监听新的警报,上面的模块合并算法能够检测网络故障和恢复这些类的问题,试图重新恢复尽快相应的连接条件。

6。源的观察

自从REM现在是国家设施提供给科学界,常见的REM运作方式是通过提交提案的观察。卫星的快速反应警报管理在这个阶段就像观察望远镜提供的模式之一。

作为第一步,提交的提案将π一样的评判INAF小组评估建议的所有其他意大利天文设施,像伽利略Telescopio赢得冠军。一旦接受了这个提议,对于每个目标创建一个对应的目标和要求添加到队列中。这两个进程负责选择哪个目标观察特定的晚上在给定的时间:OB经理(REMOBS),短期调度程序(REMSCHDLR)。

6.1。归档和组织目标

快速眼动系统管理的方式观察是通过所谓的观察块(以下简称OB)。奥林匹克广播服务公司为观察单位的信息,他们可以被认为是一种适应性的ESO P2PP OB方案。(二期方案(P2PP)是一种制备ESO程序用于创建和管理所有ESO仪器观察块。)因此,他们携带的信息可以分成5类:源类型,望远镜预设,仪器设置,观察条件,和π信息。

的源类型部分包含数据的目标(例如,如果它是一个明星,AGN,伽马线暴,等等)和目标信息的来源(如伽马线暴提醒,手动插入目标,等等)。这影响目标的方式被认为是由观察软件;也就是说,他们作为一级目标优先顺序。

望远镜预设数据封装所需的所有相关数据,在最一般的情况下,决定是否将望远镜指向给定的位置;尤其值得一提的是,这类信息数据包括赤经和赤纬,equinox的坐标参考和错误框的坐标。而最后一个参数一般不用于固定,以前认识的对象,它是来自卫星的关键目标警报。事实上,中央算法适用于品质因数在每个警报不包括从那些错误的提示框后远远大于REM摄像机的视野。

图片的收集方式的定义仪器的设置部分。在这里可以定义使用哪个序列的过滤器,曝光时间,所需的重复的数量。

每个目标的条件应该观察到组织中观察条件参数集,这些信息包括天空条件(就像天上月亮分数,透明度和气团)和约束允许时代期间,应观察目标。此外,还可以设置一个周期性的观察和连接两个或两个以上的目标是为了让他们观察到在同一晚上(分组目标)。最后,每个目标是驱动的顺序分配一个优先级目标是在夜间观察。部分6.3更详细地解释了这个过程。

完成后的观察,REM自动通知通过电子邮件程序的π预览的收购(用于光学相机)和预还原(红外相机)图像。这是所需的数据存储在π的信息字段。

每个OB最初摄取到一般PostgreSQL数据库物理上位于机器在意大利和相应的机器上复制的圆顶。这个数据库因此档案公共运行的所有目标预见的提议(AOT)。一个过程,称为REMOBS和描述在下一节中,选择的责任,,将它们放入一个更短的档案,这些目标是最好的可观察到的在接下来的3 - 5晚上和将使用的短期调度软件画的晚上观察计划。

6.2。OB经理

REM望远镜的调度操作简单,快速眼动团队开发了一种密码保护接口,它提供了通过一个web表单OB的插入。这个接口允许OB数据库上执行最常见的活动,即列出所有当前奥林匹克广播服务公司存档,插入和删除观察者和修改现有的观察(见图3),在视图的中期长期调度。

执行的主要活动,可以通过web界面如下。

(我)季节性优化:包括自动选择的,只有持续AOT突发交换有关。(2)晕厥的调度:虽然短期调度程序,提出了在未来的部分,能够分配目标固定在任意数量的周期性的夜晚,对于一些目标可能是有利的分配他们非常数的(晕厥的)周期的研究。(3)第三个是已经观察到目标的重新分配的约束没有正确执行期间满意。

将军和本地数据库之间的同步是由三个过程(REMOBS_performed,REMOBS_send,REM_ntimes),它每天都运行在一个自动从服务器守护进程通过脚本位于Merate。的REMOBS_performed模块负责收集所有的信息在观测期间执行之前的晚上,虽然REMOBS_send发送更新后的列表,本地存档。最后,REM_ntimes过程检查晕厥的周期的研究的观察和作为垃圾收集器为广大档案,删除目标已经观测到一个预先制定的次数。

整个系统是基于不同的perl脚本界面的PostgreSQL数据库和通用网关接口(CGI)图书馆。web表单是动态的,所有的选项取决于选择的学期要求修改建议。插入后的密码,REM团队可以选择使用哪个接口处理和操作(见表2)。

6.3。短期调度

这一决定对任何特定的观察目标在当前采取的夜REMSCHDLR模块。这个过程称为的REMMNGR一开始,之前和之后的每个目标的观测和每次插入一个新的目标档案。这个过程是一个有序的输出和时间的目标列表当前的晚上。

的雷莫系统能够自动检测相机故障,这些信息也拦截了实时调度的软件可以选择只有那些目标不需要临时不可用相机。进一步的好处对一个静态动态调度,计算一次的夜晚,是它允许调度目标大多数利用天空条件的变化。

图4显示了中央引擎的调度程序的框图。的基本思想是分配每个目标时最好是可见的,并尊重所有的时机和可见性约束,由用户定义。

作为第一步,当前的短期存档和时间表是根据优先级和目标排序的合并。然后算法收集所有的时间间隔宽足以让整个观察和也满足所有的可见性约束。如果目标优先级最高,那么选择的时间间隔是一个遵循observe-as-soon-as-possible策略。这是典型的案例对观测的grb天空中没有立即可及的位置望远镜时的警报。对于所有其他的优先事项,项目类型收集的时间间隔根据他们距离运输的时间通过经络和试图分配目标从间隔接近渡越时间。

从2006年开始快速眼动还接受目标的机会()请求。在机器人操作的精神,也完全完全无人值守的方式管理。的激活也包含在电子邮件中发送的π到机器位于REM圆顶和包含所有必要的信息来创建相应的OB。一个专用的过程然后创建的OB存档;计算日程尽快完成正在进行的观察和目标观察尽快。

除了处理科学目标,调度器也能够管理校准的一些类,即天空平场,标准的星域,重点领域。在这些情况下,REMSCHDLR程序只分配的时间观察,离开的特定领域的选择REMFIELDS,REMSTD,和REMFCS,分别为“天空平场明星领域和重点领域的标准。特别是平字段是观察每天早上,与战略留给每一个摄像头,虽然在以一个典型的会话由3天公寓/过滤器;分配标准明星曾经每晚2光学标准和一个用于红外和重点领域观察到每晚一次。详细的战略重点是在下一节中解释。

6.4。聚焦

好关注的是机械设备的重要的任务;在快速眼动的情况下这是复杂的,有两个摄像机同时观察,因此需要都有一个良好的集中位置。这是通过两个过程。

(我)红外摄像机的焦点是直接由移动M2镜子。(2)光学镜头的焦点调整学生通过一系列中性光元素和不同光学长度,将焦平面的影响。

每天晚上一组11关注帧,每一个有不同的M2抵消价值,分布在什么被认为是最好的价值。然后分析这组在第二天早上和焦点值是通过拟合抛物线3 -剪的应用价值的明星沿着主要和次要的轴的形象。价值获得焦点的位置然后归档数据库中与环境温度;数据库中包含完整的数据集最后用于更新temperature-focus关系的参数通过一个最小值适合应用之后3 -对数据的剪辑。

立即开始之前,每一个观测,REMMNGR流程设置焦点位置的值根据环境条件。

作为进一步的可能性,非常明亮的观察对象,集中补偿的定义为源散焦也提供。

7所示。摄像头管理

每个相机由专用电脑控制(仪器机器)的低级C / c++软件运行。

快速眼动期最重要的功能之一是能够同步观测两个摄像头。的同步管理REMMNGR过程中发送相关信息REMIR和罗斯模块,分别。有一个相应的这两个模块双胞胎仪器机器上的模块,其目的是双重的。

(我)调度的观测信息和底层软件的相机。一般来说,这包括发送的开始观察,等待其完成,以防收到警报,将中止的消息发送到相机,为了停止当前的观测和启动序列的最适合的警报。(2)保持一个常数检查相机的状态。检测到一个错误的国家,主要的经理立即通知,后续操作都是按照新的状态。

作为一个外部项目,对软件的影响的TORTORA望远镜是最小的,但必要的。的TORTOREM过程负责不断通知主要TORTORA软件的持续的观测条件和特定的位置快速眼动是指,如果伽马线暴警报是活跃的。

8。望远镜控制系统

望远镜的中级和低级控制所提供的皮拉尔软件,由德国公司4系统Gmbh是一家和专用机器上运行。这个软件提供了一个套接字服务器所需的所有高层命令将望远镜指向给定坐标设置,启动/停止望远镜的跟踪,并将derotator移动到所需的角度。

类似与摄像机实现沟通的方式,也为望远镜控制系统专用的过程,REMPILAR,在望远镜上运行机器。这python-written模块管理命令和皮拉尔的通信服务器,它还定期检查毛发的正确运行。事实并非如此时,模块会自动尝试重新启动皮拉尔,如果经过许多努力问题仍然存在,它将发送电子邮件通知问题的团队;一个类似的算法实现REMPLR同样的检测一般望远镜安全激活时可能发生当地技术人员从天文台的望远镜需要访问常规机械和低温维护。

9。气象学

天气条件的采集和分析的一个基本活动保持天文台在一个安全的状态,尤其是操作是一个自治的管理方式。

REM不断检查气象数据来自两个不同的来源;事实上,除了有自己的气象,它也可以访问数据的拉西亚气象站。这一目标,这两个过程REMLSMT和REMMT分别收集数据每5分钟,从拉西亚当地气象数据和REM站。这些过程仅仅负责收集数据,让决策过程的核心引擎系统,即REMMNGR任务。

访问外部的可能性,但还是本地,气象学,像拉西亚之一,具有双重优势:一方面它提供了一个独立的估计的气象条件,另一方面它提供了必要的冗余的故障快速眼动的地方站。

当地气象站戴维斯是一个有利的专业设备,传感器测量温度和湿度的内部和外部的圆顶,风速和方向和雨率。

天气条件被认为是安全的,REMLSMT和REMMT流程实现以下限制必须满足在同一时间。

(我)雨率必须为零。(2)风速必须低于15米/秒。(3)相对湿度的内部和外部的圆顶必须低于90%。

决定算法的实现REMMNGR考虑气象条件作为安全的操作如果上述限制完全尊重的至少一个两个的信息来源。

10。圆顶

自从望远镜没有实现任何一种保护主镜,穹顶是REM天文台的唯一途径已经从环境条件,为了保证仪器的安全。小心因此提出的算法控制打开和关闭阶段。此外,穹顶的设计,它可以打开和关闭不需要的望远镜在一个特定的位置,保证最快的反应突然变化的天气条件。

除了不断检查的气象条件,快速眼动系统依赖于状态的穹顶其他望远镜在拉西亚。的REMLSDOME模块实际上是能够收集数据对ESO DIMM的开放状态,NTT, 3 p6 2 p2,瑞士Heuler望远镜。

品质因数基于上述望远镜的状态然后应用为了建立REM圆顶可以打开。除了满足在前一节中描述的气象条件,REM圆顶时可以打开。

(我)DIMM保护是开放的;(2)至少另一个圆顶显示为打开。

作为最后的安全援助望远镜,如果因为任何原因,REMLSDOME进程无法访问拉西亚圆顶的状态,然后快速眼动圆顶保持关闭,一切都尽快恢复自动状态可以访问一次。

11。全球定位系统(GPS)和时间

时间测量是一项基本问题的准确性等机器人天文台REM,原因有两个。事实上,一个正确的时间不仅是必不可少的一个精确的指向和跟踪望远镜的但也有科学价值。

快速反应能力的卫星警报的天体物理过程的典型时间几秒钟的顺序存储意味着信息一起观察必须允许进行尽可能准确的时机现象本身的分析。因此信息,如时间接待的警报和每个观测的开始和结束时间必须反映这一需要。

为了满足精度的需要,REM天文台采用双时间源同步。一方面,GPS天线安装在外墙的圆顶通过毛发的程序提供一个精确的时间信号。另一方面,所有的机器在圆顶是拉西亚的时间同步服务器通过网络时间协议。这两个方法,模块REMGPS不断检查时间提供的GPS天线与电脑上的一个兼容。如果找到差异大于8秒,这个过程将电子邮件发送到团队问题的通知。

这个过程已经可以发现,正确的,异常的GPS天线。

12。系统数据日志记录

虽然软件系统实现了许多算法允许限制操作的问题,最好的情况下,也从一个错误状态自动恢复,一个详细的系统日志是为所有其他情况下诊断的基本工具。

每个雷莫进程发送日志信息中心模块,REMLOG本地归档日志的数据,立刻也复制到外部服务器位于Merate,意大利。

另一个基本方面的监督所有的参数的仪器和望远镜,也就是说,遥测系统。的震颤仪(见莫伦纳et al .,这个问题(11)是一个清晰的软件的检查仪器的状态和快速眼动软件和生成一个公开可用的几乎实时恢复。

13。系统硬件

图5显示了组织运行的硬件在圆顶。雷莫软件已证明能够轻松地在商业机器上运行,这使得维护一项简单的任务。

大部分的模块运行在同一台机器上,一个AMD i686单处理器Linux Fedora 8。光学和红外摄像机是由一个专门的双处理器,授予所需的速度实时预还原管道。

与串行通信设备是通过两个艾设备实现,提供以太网访问串行端口。

14。结果和结论

图6显示了所有的直方图显示时间的伽马线暴警报在2007年收到的快速眼动。中值是30秒;这个值主要是提出了在加速和减速阶段的指向。这个结果是一个确认,在软件方面,没有必要严格实时实现,被大多数的空载机电部分。

到目前为止,超过100 GCN发表报告提示自动观测的伽马线暴REM。这也是由高水平的稳定了整个软件操作望远镜。

本文的软件管理REM望远镜的观测提出了。自主的要求对卫星警报一起同步的必要性两个独立的摄像机的观察使得软件需求比在其他情况下要求。战略实施是保持尽可能多的独立操作的不同的望远镜。快速眼动的结果到目前为止最清晰的证明采用的解决方案的有效性。

承认

作者希望感谢Maciej Sobczak提供雅美族人库和持续的支持。

引用

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