APECS - Das Atacama Pathfinder Experiment Control System

APECS ist das verteilte Steuerungssystem des Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) Teleskops, das sich auf dem Llano de Chajnantor in etwa 5100 m Höhe in der Atacama-Wüste im Norden Chiles befindet. APECS basiert auf Teilen der Atacama Large Millimeter Array (ALMA) Software und verwendet ein modernes, objektorientiertes Design mit der Common Object Request Broker Architecture (CORBA) als Middleware. Generische Geräteschnittstellen vereinfachen das Hinzufügen von Instrumenten zum Kontrollsystem.

Die auf Python basierende Beobachtungsskriptsprache ermöglicht die Verwendung vieler vorhandener Software-Bibliotheken und erleichtert die Erstellung komplexerer Beobachtungsmodi. Ein neues selbstbeschreibendes Rohdatenformat (Multi-Beam FITS / MBFITS) wurde definiert, um die Multipixel- und Multifrequenzdaten zu speichern. APECS bietet eine Online-Pipeline für die Kalibrierung mit einer grafischen Anzeige der Resultate für die Beobachter. APECS wird seit August 2005 für regelmäßige wissenschaftliche Beobachtungen im lokalen und ferngesteuerten Modus verwendet und wird immer noch weiterentwickelt, um neue Instrumente und Beobachtungsmodi hinzuzufügen und die Basissoftwarepakete zu aktualisieren.

Design

Die APECS-Kernkomponenten sind als Pipelinesystem organisiert (siehe Abbildung). Die Beobachtungen werden mit Hilfe sogenannter Scan-Objekte definiert, die die vollständige Beschreibung der nächsten Beobachtung enthalten, d.h. die Details der Instrumentenkonfiguration, die Zielkoordinateninformationen und die gewünschten Beobachtungsmuster. Die Scan-Objekte, die von der Beobachter-Kommandozeilenschnittstelle erstellt werden, werden an die Observing Engine gesendet, die alle notwendigen Geräte einrichtet, die Datenerfassung steuert und die Online-Datenkalibrierung, -reduktion und -anzeige steuert.

Neben dieser Hauptfunktionalität haben wir auch ein generisches grafisches Überwachungstool entwickelt, mit dem jede Systemeigenschaft und ihre Alarmzustände angezeigt werden können, sowie einen automatischen Beobachtungslogger, der das Führen detaillierter Aufzeichnungen über das Beobachtungsobjekt, die Gerätekonfiguration und den für jeden Scan verwendeten Beobachtungsmodus vereinfacht.

Generische Schnittstellen

Einer der wichtigsten ersten Schritte in einem Software-Entwicklungsprojekt ist die Definition der Struktur von Paketen und ihrer Schnittstellen. In einem Teleskop-Steuerungssystem besteht ein zusätzlicher Bedarf an Schnittstellen zu allen Hardware-Geräten, die für die Beobachtungen verwendet werden. Wir sammelten daher Informationen über typische Aufbauten an anderen Radioobservatorien, um schließlich eine Reihe gemeinsamer Instrumenteneigenschaften und Methoden zu definieren.

Eine wichtige Design-Entscheidung war die Forderung, dass alle Instrumente der gleichen Art (z.B. Heterodyn-Empfänger, Spektral-Backends, etc.) die gleiche High-Level-Schnittstelle verwenden müssen. Dies vereinfacht die Struktur für die High-Level-Beobachtungssoftware enorm, da man lediglich einen neuen Instrumentennamen hinzufügt, ohne sich um das Hinzufügen neuer Funktionen auf dieser Ebene kümmern zu müssen.

Installation

Die APECS-Software wird an drei Hauptstandorten eingesetzt: am Teleskop selbst, im Kontrollraum in 5107 m Höhe auf Chajnantor und im Kontrollraum im APEX-Basislager in Sequitor bei San Pedro de Atacama, das über eine Mikrowellenverbindung mit dem Berg verbunden ist.

Das APECS-Pipelinesystem läuft auf drei Hauptservern und besteht aus den verteilten Objekten, die die Kommunikation mit der Hardware zur Verfügung stellen, der Observing Engine, dem Rohdatenschreiber und dem Calibrator. Eine Reihe von Client-Stationen werden für lokale oder Fernbeobachtungen vom Teleskopstandort, vom Basislager und von den Partnerinstituten in Europa genutzt.

Ein wichtiger Aspekt der APECS-Software ist der Einsatz im Simulationsmodus auf einem einzelnen Computer, ohne dass echte Instrumenten-Hardware benötigt wird. Dies ermöglicht es, neue Entwicklungen genau wie am Teleskop zu testen.

Referenzen

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