Введение к работе
Актуальность работы.
Путинская радиоастрономическая обсерватория
Астрокосмического центра Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ПРАО АКЦ ФИАН) является одним из крупнейших астрономических учреждений России. Более чем за 40 лет своего существования обсерватория стала одним из лидеров в технике проведения радиоастрономического эксперимента и астрофизических исследований в России и мире. В ПРАО АКЦ ФИАН созданы и успешно работают четыре радиотелескопа (РТ-22, ДКР-1000, БСА, РВК-151), служба времени, ряд наблюдательных установок, ведутся исследования газовых туманностей, пульсаров, межзвездной и межпланетной плазмы, внегалактических радиоисточников.
Более 20 лет в обсерватории развиваются системы автоматизации радиоастрономических исследований, без которых невозможно проведение современных научных исследований. Эти системы включают в себя аппаратные комплексы управления радиотелескопами, приемной и анализирующей аппаратурой, системы сбора, передачи и обработки данных. Все эти средства, как правило, территориально и функционально разделены, и поэтому весьма актуальной является задача организации их взаимодействия друг с другом и пользователем.
Постоянно растущие объемы данных, связанные с появлением новых возможностей проведения наблюдений, требуют наличия новых возможностей по их быстрой и надежной передаче к станциям обработки наблюдений, в том числе и через международную сеть Internet, и затем их последующей обработки. Создание надежной и совместимой с международными стандартами телекоммуникационной среды передачи данных интегрированной в международные компьютерные сети является
важнейшей задачей развития автоматизации научных исследований в ПРАО АКЦ ФИАН.
Немаловажным аспектом создания современной среды проведения научных исследований является создание развитой информационной инфраструктуры. Такая инфраструктура призвана сокращать время, которое исследователь тратит на поиск необходимой оперативной информации, например о технических характеристиках радиотелескопов и приемных систем ПРАО АКЦ ФИАН, должна обеспечивать оперативный доступ к радиоастрономическим каталогам, проведение стандартных и рутинных расчетов по переходу из одних систем координат и времени в другие и пр., в целом давать возможность исследователю сосредоточиться на объекте исследований и подготовке к наблюдениям, а не на процессе поиска информации.
Создание современного программного обеспечения проведения наблюдений и обработки данных является важным элементом автоматизации всех этапов проведения радиоастрономических наблюдений. От эффективности и развитости такого программного обеспечения зависят возможности постановки наблюдений и проведения исследований радиоисточников. Разработка специального программного обеспечения, учитывающего особенности наблюдений на инструментах ПРАО АКЦ ФИАН и учитывающего специфику методик проводимых наблюдений, является весьма актуальной.
В целом, созданный в работе комплекс вычислительных, телекоммуникационных, информационных и программных средств призван обеспечивать современную базу для проведения научных исследований и является важным шагом в развитии автоматизации радиоастрономических исследований в ПРАО АКЦ ФИАН.
Цель работы.
Основной целью работы является создание в ПРАО АКЦ ФИАН современной базы для развития распределенных систем автоматизации радиоастрономических исследований на основе комплекса вычислительных, телекоммуникационных, информационных и программных средств проведения радиоастрономических исследований в ПРАО АКЦ ФИАН.
Научная новизна работы состоит в том, что:
1. Для обеспечения автоматизации радиоастрономических исследований создана и внедрена вычислительная сеть для сбора и обработки радиоастрономических данных (ВССОРД) ПРАО АКЦ ФИАН, удовлетворяющая всем современным требованиям проведения радиоастрономических исследований, международным стандартам системной интеграции, и обеспечивающая дальнейшее развитие радиоастрономических наблюдений в ПРАО АКЦ ФИАН на современном уровне. В ходе создания вычислительной сети были решены следующие задачи:
Проведен анализ требований и перспектив автоматизации радиоастрономических исследований в ПРАО АКЦ ФИАН, и на его основе с использованием международных стандартов и требований открытых систем определены структура и элементы архитектуры ВССОРД ПРАО АКЦ ФИАН.
Разработана и создана базовая локальная вычислительная сеть ПРАО АКЦ ФИАН в стандарте IEEE802.3, включающая в себя кабельную систему со смешанной топологией разветвленной шины и звезды.
Разработана и создана внутренняя инфраструктура локальной вычислительной сети ПРАО АКЦ ФИАН на основе организации ряда сетевых сервисов и служб общего пользования с помощью
выделенных и невыделенных серверов и сетевых операционных систем Windows NT Server 4.0 и Linux.
На основе предварительного анализа условий ПРАО АКЦ ФИАН и
требований к ВССОРД осуществлена интеграция базовой
вычислительной сети ПРАО АКЦ ФИАН в глобальную
компьютерную сеть Internet с помощью созданных радиорелейного
телекоммуникационного канала связи и провайдерского узла
серверов.
2. В целях развития информационного обеспечения наблюдений в ПРАО
АКЦ ФИАН на основе интероперабельных технологий Internet
разработана, создана и внедрена радиоастрономическая
информационная система RAJS (Radio Astronomy Information System).
В ходе создания системы были решены следующие задачи:
Разработана информационная подсистема RAIS, включающая оперативный доступ к радиоастрономическим каталогам, базам данных, астрономическим таблицам и технической информации о радиотелескопах ПРАО АКЦ ФИАН.
Разработана программная подсистема RAIS, включающая ряд астрономических расчетных утилит преобразования систем координат и времени, расчет установок задержек радиотелескопов и др.
3. Разработан и внедрен программный комплекс спектральных
исследований на радиотелескопе ДКР-1000 ФИАН. С его помощью
получены спектры рекомбинационных радиолиний углерода по
данным проведенных на ДКР-1000 ФИАН наблюдений в направлении
радиоисточников Cas А, где впервые на низкой частоте получены две
спектральные компоненты, и Sgr А, где радиолинии углерода впервые
наблюдались на частоте 42 МГц. В ходе создания комплекса, исходя
из определенных требований и методики проведения спектральных наблюдений на радиотелескопе ДКР-1000 и их последующей обработки, были решены следующие задачи:
Разработано программное обеспечение проведения спектральных наблюдений на радиотелескопе ДКР-1000 ФИАН, включающее комплексный контроль состояния антенны Север-Юг и аппаратурного комплекса, систему подготовки файлов-заданий и консольного управления автоматизированным комплексом, проведение наблюдений в автоматическом режиме.
Разработано программное обеспечение обработки спектральных данных с учетом особенностей наблюдений в метровом диапазоне.
Практическая ценность работы заключается в расширении возможностей развития автоматизации научных исследований, проводимых в ПРАО АКЦ ФИАН за счет использования возможностей вычислительной сети. Разработанная идеология построения сети для сбора и обработки данных может быть использована при построении аналогичных систем в других радиоастрономических обсерваториях. Информационная система RAIS является высоко эффективным современным сервисом при подготовке и проведении наблюдений в ПРАО АКЦ ФИАН. Система доступна для использования во всем мире и имеет широкие возможности для ее развития и расширения. Программный комплекс спектральных исследований позволяет эффективно проводить спектральные наблюдения в метровом диапазоне длин волн и их обработку. Идеология построения комплекса такова, что программное обеспечение обработки спектральных наблюдений легко адаптируется при использовании на других радиотелескопах, а программное обеспечение спектральных наблюдений к изменениям в аппаратурном комплексе спектральных наблюдений.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:
XXIII Радиоастрономической конференции (Ашхабад, 1991);
XXIV Европейской конференции молодых радиоастрономов , (Ґетеборг, 1991);
XXV Радиоастрономической конференции (Пущино, 1993);
Конференции "Space EuroAsia" (Стамбул, 1994);
., XXVIII Европейской конференции молодых радиоастрономов (Гронинген, 1995);
XXVII Радиоастрономической конференции (Санкт-Петербург, 1997);
а также на семинарах и научных сессиях ПРАО АКЦ ФИАН и АКЦ
ФИАН. Основное содержание работы опубликовано в 19 печатных
работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и трех приложений. Объем диссертации составляет 126 страниц, включая список литературы из 82 библиографических ссылок, 5 таблиц и 25 рисунков.