SSS巡天星表系統(tǒng)設計和光纖分配算法優(yōu)化.pdf

1、大天區(qū)視場多目標光纖光譜天文望遠鏡（LAMOST）是國家九五大科學工程之一，是上個世紀由我國以王綬琯、蘇定強為首的天文學家根據天文學界大樣本光譜觀測的需要，創(chuàng)新性的提出的大口徑兼?zhèn)浯笠晥龅拇笮凸鈱W望遠鏡。LAMOST項目1997年由國家計劃批準立項,2001年8月正式開工,2008年8月落成,2009年6月4日在中國科學院國家天文臺興隆觀測基地順利通過國家竣工驗收,2010年4月17日由國家天文臺在興隆觀測站舉行了冠名儀式，將LAMOS

2、T命名為“郭守敬望遠鏡”。目前，望遠鏡即將由試觀測階段進入正式巡天階段。LAMOST成功突破了大口徑與大視場難以兼?zhèn)涞钠款i，成為國際上繼SDSS數(shù)字巡天和2dF巡天之后最受矚目的巡天望遠鏡，使我國躋身于國際天文技術前沿，成為國際上少數(shù)具備自主研制巨型望遠鏡能力的國家之一。
　　 LAMOST的科學使命是進行大樣本光譜巡天。當前大樣本天文學已成為天文學發(fā)展的一個重要方向。天文學越來越清楚的表明，對于天體物理和宇宙學中的一些重要的問

3、題，例如宇宙的結構、星系的形成和演化，銀河系的形成和演化等重要問題都涉及到復雜的物理過程和多方面的影響，這些課題的研究往往需要大樣本的統(tǒng)計性質。二十世紀末的技術進步，使得大樣本巡天觀測成為可能，天文學家能夠在合理的時間范圍內觀測上百甚至上千的天體光譜。大樣本天體觀測是多波段的，從光學、射電、紅外、紫外、X射線以及gamma射線波段都能得到天體各方面的物理信息，而其中光學波段的大樣本觀測是信息量最大、積累最對、觀測技術最成熟的。然而浩瀚宇

4、宙的天體總量難以估計，目前發(fā)現(xiàn)的天體已達到百億量級，在這些天體中已獲得光譜的部分只占約萬分之一，展開大規(guī)模的大樣本巡天觀測已成為當前的首要工作。大樣本天文學越來越受到人們的重視。
　　 LAMOST巡天戰(zhàn)略的三個核心課題是星系和類星體的紅移巡天、恒星與銀河系的觀測計劃和多波段巡天樣本的光學證認，預計獲取超過千萬顆天體的光譜，研究課題將覆蓋宇宙學、星系、類星體、銀河系等各個方面。望遠鏡每次觀測量約為4000，一個觀測夜可觀測數(shù)萬個

5、天體的光譜，如此大量的觀測需要一個自動化的系統(tǒng)安排和部署觀測流程。如何協(xié)調管理各種類型的科學目標的觀測需求，處理各方面主客觀約束條件，對巡天區(qū)域進行完備覆蓋，并選擇合適的觀測天區(qū)，分配目標到光纖，生成觀測計劃，同時保證整體巡天的盡可能高的觀測效率，節(jié)約寶貴的天文觀測時間，以盡早獲得盡可能多的符合科學需求的科學數(shù)據產出，是LAMOST的巡天戰(zhàn)略系統(tǒng)（SSS）的核心科學目標。
　　 為了實現(xiàn)能服務于LAMOST巡天模式的軟件系統(tǒng)，本

6、論文首先在小系統(tǒng)模型的基礎上，分析了大系統(tǒng)的相關環(huán)境，采用領域驅動設計的軟件設計思想，結合多種軟件設計模式，改進了巡天戰(zhàn)略系統(tǒng)的靜態(tài)系統(tǒng)結構，調整了動態(tài)工作流程，使得軟件滿足大系統(tǒng)各方面的需求。
　　 巡天戰(zhàn)略系統(tǒng)的關鍵問題是天區(qū)覆蓋和光纖分配算法。本論文在原有的天區(qū)覆蓋算法基礎上，解決了算法在高緯度處的一些難題，提高算法速度和覆蓋效果，應用最大密度思路實現(xiàn)亮星中心覆蓋算法；結合望遠鏡光纖單元具體構造，改進光纖分配算法，避免光纖

7、單元之間的碰撞，建立動態(tài)分組以實現(xiàn)光纖配額，支持目標重分配以提高光纖分配效率，體現(xiàn)用戶多樣化的優(yōu)先策略。
　　 巡天戰(zhàn)略系統(tǒng)的核心是觀測目標。本論文通過分析LAMOST的具體科學目標，從天文研究人員的選源、觀測策略的指定、星表管理、觀測計劃生產過程中的目標過濾到觀測結果反饋，為SSS建立一套全面的面向分布式環(huán)境的軟件環(huán)境。
　　 為了進一步驗證軟件的具體功能和望遠鏡的巡天能力，本論文根據一組實際觀測時間數(shù)據，引入SDSS

8、巡天的觀測星表，進行了基于實際觀測時間的大天區(qū)巡天觀測模擬，以驗證巡天戰(zhàn)略系統(tǒng)算法的有效性，并對望遠鏡的巡天觀測能力進行評估。
　　 巡天戰(zhàn)略系統(tǒng)是連接天文學家和望遠鏡觀測的橋梁，本論文結合各方用戶的需求，改進用戶層設計，增加功能覆蓋范圍，擴大軟件的應用領域，以期將系統(tǒng)擴展為一款天文通用軟件。
　　 最后，本論文還將就SSS的下一步的發(fā)展方向進行討論。
　　 本論文的創(chuàng)新點在于：
　　 1、采用領域驅動設

9、計的軟件開發(fā)方法對巡天戰(zhàn)略系統(tǒng)進行升級，提高了系統(tǒng)的擴展性和健壯性，改進了用戶接口，建立了一個與LAMOST望遠鏡觀測相結合的模擬星空平臺以呈現(xiàn)天體觀測位置和周日運行軌跡，完成了一套完整的基于LAMOST望遠鏡的大樣本巡天戰(zhàn)略系統(tǒng)，已用于LAMOST的觀測中。
　　 2、結合望遠鏡實際特點和需求，優(yōu)化了天區(qū)覆蓋算法模型，建立密度庫算法，引入快速漂移算法，設計邊界漂移算法和SH亮星覆蓋算法；根據焦面光纖單元的具體構造，建立光纖分配