Software distribuido de control para cargas de calibración en radio astronomía.

Abstract

El software de control es una parte esencial en el diseño de un telescopio en radioastronomía. Se utiliza para coordinar y administrar sistemas y aplicaciones de software y hardware, con el fin de satisfacer los requisitos de alta precisión, que se requieren al momento de llevar acabó las observaciones radio astronómicas. Esto ha llevado a la necesidad de contar con radio telescopios cada vez mayores, con capacidad para obtener imágenes con mejor resolución, avanzando hacia una nueva generación de telescopios extremadamente grandes. El desafío generado en materia de desarrollo de software, requiere del control y monitoreo de cientos de instrumentos en tiempo real y de forma coordinada. Además por lo general los instrumentos son desarrollos por diferentes proveedores en lugares geográficos distintos, requiriendo luego ser integrados a la plataforma de software del telescopio. Generando con esto que la mayoría de radiotelescopios opten por diseños de plataformas distribuidas y con un marco estándar para el desarrollo de software, pudiendo luego integrar el trabajo para operar en conjunto. La colaboración de múltiples partes asociadas a grandes proyectos como ALMA, han ocasionado la colaboración de una comunidad de desarrolladores que ofrecen soporte a estas plataformas, produciendo arquitecturas más robustas y flexibles. Esta tesis detalla el trabajo de desarrollo realizado utilizando el software de ACS, como una plataforma con un marco común y un sistema distribuido para el control y monitoreo de dispositivos, aplicado a las 3 cargas de calibración que han sido desarrolladas por el laboratorio Centro para la Instrumentación Astronomica (CePIA), por medio de un acuerdo establecido con el radiotelescopio Large Latin American Millimeter Array (LLAMA). Las Cargas de Calibración tienen como objetivos elemental, caracterizar el receptor de potencia total y la calibración de los datos obtenidos por el radiotelescopio. Según lo dispuesto por LLAMA los dispositivos deberán ser controlados utilizando ACS de forma remota a través de un protocolo de comunicación TCP/IP. Con este fin se ha desarrollado un controlador mediante comandos SCPI con todo los puntos de monitoreo y control para las tres cargas de calibración, donde ha sido necesario tener un conocimiento completo de los dispositivos y de su funcionalidad. El controlador se ha desarrollado utilizando una computadora de placa unica que se incorpora al sistema de hardware de control de las cargas. La segunda parte de esta tesis describe el diseno, construcción y las prueba del sistema de control de ACS para las cargas de calibración. Una parte fundamental para esto ha sido el desarrollo del componente/contenedor que encapsula las funciones y propiedades de los instrumentos, pudiendo manejar el ciclo de vida activo de los dispositivos, así mismo se ha implementado la integración de este componente de las cargas, a todas las funcionalidades que ofrece el software distribuido, como el sistema de alarma y el servicio de registro. Además con el objetivo de generar una visualización simple del funcionamiento del hardware se ha desarrollado una interfaz gráfica para el control del cliente de ACS. Las pruebas finales se han efectuado con los prototipo de cargas desarrolladas por el equipo de CePIA, demostrando el correcto funcionamiento del software, pudiendo verificar su precisión y un rendimiento adecuado. Por último, se describen los resultados del trabajo de tesis, utilizando el software descrito en esta tesis, lo que ilustra la flexibilidad y utilidad del enfoque de software distribuido, para la instrumentación en radioastronomía.

Modern radio astronomy is inseparable from the advanced technology used in radio telescopes. The control system is an essential and important part of designing a radio astronomy telescope. It is used to monitor, control, coordinate and manage software and hardware systems in order to satisfy the requirements of high precision, which are required when carrying out radio astronomical observations. This has led to the need for increasingly larger radio telescopes, with the capacity to obtain images with better resolution, advancing towards a new generation of extremely large telescopes. Therefore, the control system is vital for successful observations . The challenge generated in terms of software development requires the control and monitoring of hundreds and sometimes thousands of instruments in real-time and in a coordinated manner. In addition, the instruments are usually developed by different providers in different geographical locations. Generating that the majority of radio telescopes opt for common software development platform designs, which can be integrated to operate together. The collaboration of multiple parties associated with projects such as ALMA has led to collaboration in the development of these software platforms, producing more robust and flexible architectures. This thesis details the work undertaken in the implementation of ACS software, as a platform with a common framework and a distributed system for the control and monitoring of devices, specifically applied to the 3 calibration loads that have been developed by CePIA, through an agreement established with the LLAMA radio telescope. The basic objectives of the Calibration Loads are to characterize the total power receiver and to calibrate the data obtained by the radio telescope. According to provided by LLAMA, the devices must be controlled by ACS through a TCP/IP communication protocol. For this purpose, a driver has been developed using SCPI commands for all the monitoring and control points of the three calibration loads, For this, it was necessary to have complete knowledge of the devices and their functionalities. The driver has been developed using a single-board computer that will be incorporated into the hardware system of the loads. The second part of this thesis describes the design, construction, testing, and use of the ACS control system in the calibration loads. A fundamental part of this has been the development of the component that is responsible to encapsulates the functions and properties of the instruments and is in charge of maintaining the active life cycle of the devices, as well as the integration of this component, into all the functionalities offered by distributed software. In addition, with the aim of generating a simple visualization of the operation of the hardware, a graphical interface has been developed for its control The final tests have been carried out with the prototype loads developed by the CePIA team, demonstrating the correct operation of the software, and being able to verify its precision and performance. Finally, the results of the thesis work in progress are described, using the software suggested in this thesis, which illustrates the flexibility, modularity, and usefulness of the software approach for instrumentation in radio astronomy.