李玉艷，陳宇超，楊 磊，柳光乾

(1. 中國科學(xué)院云南天文臺(tái)，云南 昆明 650011；2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

CN 53-1189/P ISSN 1672-7673

NVST多通道成像觀測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步采集*

李玉艷1,2，陳宇超1,2，楊 磊1，柳光乾1

(1. 中國科學(xué)院云南天文臺(tái)，云南 昆明 650011；2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

為了在1 m紅外太陽望遠(yuǎn)鏡多通道高分辨率成像觀測系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)多個(gè)波段太陽圖像的同步高分辨率統(tǒng)計(jì)重建，需要1 m太陽望遠(yuǎn)鏡多個(gè)觀測通道圖像采集系統(tǒng)同步。研究了如何采用CCD相機(jī)外觸發(fā)工作模式、計(jì)算機(jī)PCI總線硬件中斷技術(shù)和全球定位系統(tǒng)時(shí)間相結(jié)合實(shí)現(xiàn)1 m太陽望遠(yuǎn)鏡多個(gè)觀測通道圖像的同步采集，并在現(xiàn)有的Hα和TiO兩個(gè)成像觀測通道上搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。通過一系列的波形時(shí)序測試，數(shù)據(jù)記錄和分析等實(shí)驗(yàn)證明本文所采用的這一數(shù)據(jù)同步采集技術(shù)能滿足1 m太陽望遠(yuǎn)鏡多個(gè)觀測通道圖像的同步采集要求。

NVST多通道觀測系統(tǒng)；多波段高分辨重建；數(shù)據(jù)同步采集；CCD相機(jī)外觸發(fā)；PCI硬件中斷

多波段高分辨率成像觀測系統(tǒng)是1 m紅外太陽望遠(yuǎn)鏡(New Vacuum Solar Telescope, NVST)重要終端系統(tǒng)之一，可同時(shí)對(duì)太陽的光球和色球進(jìn)行連續(xù)的高分辨成像觀測[1]。自2010年該望遠(yuǎn)鏡投入常規(guī)觀測以來，其高分辨率成像觀測系統(tǒng)已經(jīng)取得大量寶貴的觀測資料。目前，該系統(tǒng)準(zhǔn)備從原有的Hα(波段656.3 nm)和TiO(705.8 nm)兩個(gè)通道擴(kuò)展為5個(gè)通道，另加3個(gè)成像通道中心波長分別為430.0 nm、854.2 nm和1 083.0 nm。由于1 m太陽望遠(yuǎn)鏡高分辨率成像觀測系統(tǒng)的后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采用基于斑點(diǎn)圖的高分辨率統(tǒng)計(jì)重建技術(shù)，當(dāng)1 m太陽望遠(yuǎn)鏡成像觀測系統(tǒng)通道擴(kuò)展之后，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的工作量和難度都相應(yīng)增加。為提高數(shù)據(jù)處理效率和性能，文[2]提出了多波段同步高分辨重建技術(shù)，其核心思想是采用斑點(diǎn)掩膜法對(duì)其中一個(gè)通道的圖像進(jìn)行重建后，利用重建結(jié)果估計(jì)瞬時(shí)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)或大氣傳遞函數(shù)，然后根據(jù)波長關(guān)系，推算其它通道下的大氣傳遞函數(shù)，從而在其它通道實(shí)現(xiàn)高分辨率圖像重建。這種方法實(shí)現(xiàn)的前提是多個(gè)通道的圖像需要進(jìn)行同步采集，目的是保證多個(gè)通道圖像采集時(shí)刻有相同的大氣特性，從而實(shí)現(xiàn)從一個(gè)波段的大氣傳遞函數(shù)推算到其它波段的大氣傳遞函數(shù)。

目前，大多數(shù)CCD相機(jī)具有外觸發(fā)的工作模式，而且采用外觸發(fā)的工作模式可以更加靈活地控制CCD相機(jī)曝光[3]。根據(jù)各系統(tǒng)要求和側(cè)重點(diǎn)不一樣，利用CCD外觸發(fā)工作模式實(shí)現(xiàn)曝光的方法也不盡相同。為了在1 m太陽望遠(yuǎn)鏡多通道觀測系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)多個(gè)觀測通道的數(shù)據(jù)同步采集，要求多個(gè)通道的采集相機(jī)同時(shí)開始曝光。此外，還需要各通道之間的同步幀有相同的絕對(duì)時(shí)間記錄，而且，考慮到各通道采集相機(jī)性能之間的差異性，要求采集開始后能控制某一通道上CCD相機(jī)的某一幀與其它通道任意幀之間進(jìn)行同步，同時(shí)也要求每個(gè)通道的CCD相機(jī)盡可能工作在其最高的采集速度。為此，本文采用CCD相機(jī)外觸發(fā)工作模式，計(jì)算機(jī)PCI總線硬件中斷技術(shù)[4]和全球定位系統(tǒng)時(shí)間相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)1 m太陽望遠(yuǎn)鏡多個(gè)觀測通道圖像的同步采集。

文章第1節(jié)分析了1 m太陽望遠(yuǎn)鏡多個(gè)成像觀測通道圖像的同步采集詳細(xì)要求。第2節(jié)給出了基于Hα和TiO兩個(gè)成像觀測通道上搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)。第3節(jié)討論在該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的有關(guān)實(shí)驗(yàn)，包括對(duì)時(shí)序波形、數(shù)據(jù)等進(jìn)行測試、記錄和分析。第4節(jié)總結(jié)該系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果，并討論如何向5通道進(jìn)行擴(kuò)展。

1 1 m太陽望遠(yuǎn)鏡多通道觀測系統(tǒng)的同步采集要求

1 m太陽望遠(yuǎn)鏡多通道系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步采集的目的是提高后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的性能和效率，而且只有實(shí)現(xiàn)多個(gè)通道的同步采集，才能根據(jù)一個(gè)通道的大氣傳遞函數(shù)推算其它通道的大氣傳遞函數(shù)，實(shí)現(xiàn)多通道同步重建。1 m太陽望遠(yuǎn)鏡對(duì)同步采集的主要要求有：

第一，時(shí)間尺度的要求。雖然文[2]沒有詳細(xì)討論時(shí)間同步的最小尺度要求，但可以肯定，時(shí)間尺度必須小于大氣的相干時(shí)間。由于大氣“凍結(jié)”時(shí)間(大氣相干時(shí)間)為0.01到0.001 s[5]，典型值為幾毫秒[6]，因此本文把它定義在1 ms量級(jí)。這一時(shí)間尺度要求的實(shí)現(xiàn)，主要是控制幾個(gè)通道的CCD相機(jī)能同時(shí)曝光。目前，大多CCD相機(jī)提供外觸發(fā)工作模式，在不考慮CCD相機(jī)觸發(fā)時(shí)刻到曝光時(shí)刻之間的時(shí)間延遲的條件下，認(rèn)為要實(shí)現(xiàn)幾個(gè)通道的CCD相機(jī)同時(shí)曝光就是要實(shí)現(xiàn)這幾個(gè)通道的CCD相機(jī)外觸發(fā)信號(hào)的同步控制。

第二，同步時(shí)刻每個(gè)采集通道中絕對(duì)時(shí)間的獲取。由于1 m太陽望遠(yuǎn)鏡每個(gè)成像通道采用不同的相機(jī)，因此，相機(jī)之間有不同的采集速度，由于對(duì)太陽觀測波段的不同，相機(jī)之間曝光時(shí)間也有差別，所以，各通道采集系統(tǒng)之間每幀圖像不是一一對(duì)應(yīng)的。為了充分發(fā)揮各系統(tǒng)的最大采集速度，使得各系統(tǒng)中某些幀是同步幀，某些幀是非同步幀，1 m太陽望遠(yuǎn)鏡圖像采集系統(tǒng)采用絕對(duì)時(shí)間識(shí)別同步幀和非同步幀。因此各通道采集系統(tǒng)需要有共同的絕對(duì)時(shí)間信息識(shí)別圖像，但它對(duì)絕對(duì)時(shí)間的精度要求不高，可以用全球定位系統(tǒng)時(shí)間或北斗時(shí)間實(shí)現(xiàn)。

第三，同步幀與非同步幀的控制。根據(jù)各通道相機(jī)不同曝光、不同采集速度的特點(diǎn)，以及最快速度采集的要求，同步采集的模式規(guī)定為每通道間隔不同的非同步幀后對(duì)各通道圖像采集系統(tǒng)進(jìn)行同步控制，得到各系統(tǒng)的同步幀，各通道采集圖像系統(tǒng)有相同的大周期(即同步采集周期)，不同通道的圖像采集系統(tǒng)一個(gè)大周期內(nèi)包含不同數(shù)目的小周期(一幀圖像采集周期)，周期數(shù)(非同步幀數(shù))根據(jù)需求可任意設(shè)置。歸納起來，就是大周期的第1個(gè)小周期為同步幀，其余小周期為非同步幀，小周期數(shù)定義為非同步幀數(shù)，每個(gè)通道圖像采集系統(tǒng)大周期時(shí)間尺度和數(shù)目都相同，小周期時(shí)間尺度和數(shù)目可以任意設(shè)置，可以相同也可以不同。

2 同步系統(tǒng)的軟硬件實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)1 m太陽望遠(yuǎn)鏡多通道成像觀測系統(tǒng)的同步采集要求，并結(jié)合現(xiàn)有的Hα和TiO兩個(gè)成像觀測通道，建立了主從模式的同步實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，具體結(jié)構(gòu)如圖1。在圖1中上位機(jī)為主控計(jì)算機(jī)，各通道的觀測機(jī)為下位機(jī)，功能及工作原理如下：

(1)上位機(jī)從全球定位系統(tǒng)獲取絕對(duì)時(shí)間，保證絕對(duì)時(shí)間有一定的精度，并通過PCI總線控制卡上的并行IO口向下位機(jī)(各通道圖像采集計(jì)算機(jī))發(fā)送時(shí)間數(shù)據(jù)，從而保證各下位機(jī)有共同的絕對(duì)時(shí)間信息。

(2)在各通道之間需要進(jìn)行同步采集，即大周期(同步幀)開始工作時(shí)，上位機(jī)通過PCI總線的IO控制卡同時(shí)發(fā)送各通道的相機(jī)外觸發(fā)信號(hào)，保證各通道的相機(jī)同時(shí)曝光。在給各相機(jī)發(fā)送外觸發(fā)信號(hào)的同時(shí)，上位機(jī)還通過PCI總線的IO控制卡向下位機(jī)的PCI總線的IO中斷控制卡發(fā)送控制信號(hào)，使下位機(jī)進(jìn)入硬件中斷程序。保證各相機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)的同時(shí)，中斷信號(hào)通知各下位機(jī)能及時(shí)采集圖像并讀取上位機(jī)的絕對(duì)時(shí)間信息。在各下位機(jī)不需要同步采集，即小周期工作(非同步幀)時(shí)，上位機(jī)根據(jù)各通道的下位機(jī)的反饋信號(hào)，同時(shí)觸發(fā)相應(yīng)通道的相機(jī)和下位機(jī)進(jìn)入下一小周期的工作，此時(shí)，各通道之間保持獨(dú)立采集模式。

(3)下位機(jī)主要對(duì)其相機(jī)的圖像進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，獲取上位機(jī)傳送的絕對(duì)時(shí)間信息并寫入圖像頭文件，以供圖像處理系統(tǒng)判別是否是同步幀。當(dāng)完成一幀圖像的采集和存儲(chǔ)后，向上位機(jī)輸出反饋，表示完整采集到一幀圖像。

(4)上位機(jī)根據(jù)各通道采集系統(tǒng)的速度和相機(jī)曝光時(shí)間，以及觀測者具體的需求等，分別設(shè)置各通道圖像采集系統(tǒng)在每個(gè)大周期中所需要包含的小周期數(shù)(非同步幀數(shù))。并且，上位機(jī)可通過對(duì)各對(duì)應(yīng)的小周期計(jì)數(shù)器進(jìn)行判斷，當(dāng)各通道的小周期采集完成時(shí)，便啟動(dòng)下一個(gè)大周期工作，即下一個(gè)同步幀開始工作。

圖1 基于1 m太陽望遠(yuǎn)鏡雙通道觀測系統(tǒng)的時(shí)間同步系統(tǒng)框圖

Fig.1 A block diagram of the system of time synchronization for the NVST two-channel observation system

2.2 硬件實(shí)現(xiàn)

上位機(jī)通過以太網(wǎng)從SDI-316網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器獲取絕對(duì)時(shí)間，該時(shí)間服務(wù)器由七維航測科技股份有限公司生產(chǎn)，內(nèi)置全球定位系統(tǒng)時(shí)間接收機(jī)，授時(shí)精度優(yōu)于10 ms。因此，各下位機(jī)圖像采集系統(tǒng)即使有SDI-316提供絕對(duì)時(shí)間信息，但也不能保證其相機(jī)同步曝光時(shí)刻。而且圖像采集的時(shí)間應(yīng)該以曝光時(shí)刻為準(zhǔn)，而各相機(jī)的外觸發(fā)信號(hào)由上位機(jī)提供，因此下位機(jī)的時(shí)間信號(hào)也應(yīng)取自上位機(jī)。因此，本文的方案是在上位機(jī)觸發(fā)采集相機(jī)曝光與下位機(jī)中斷的同時(shí)，通過PCI總線的IO卡將上位機(jī)觸發(fā)各相機(jī)曝光時(shí)刻的絕對(duì)時(shí)間信息并行地發(fā)送到各下位機(jī)，從而保證同步時(shí)刻各下位機(jī)采集的圖像有相同的絕對(duì)時(shí)間。上位機(jī)的控制卡采用阿爾泰公司的PCI2362數(shù)據(jù)卡，該卡提供96路IO端口，為Hα、TiO兩個(gè)通道的相機(jī)和采集計(jì)算機(jī)以及并行時(shí)間傳送提供足夠的輸入輸出能力。下位機(jī)中斷和時(shí)間接收采用阿爾泰公司的PCI2310卡，該卡能分別提供32路開關(guān)量隔離輸入輸出端口，且在輸入端口中，有1路輸出信號(hào)可進(jìn)行PCI總線上的硬件中斷。

1 m太陽望遠(yuǎn)鏡的Hα通道與TiO通道的采集相機(jī)分別是PCO.4000的CCD和Neo sCMOS，兩個(gè)相機(jī)都有外觸發(fā)工作模式，圖像采集時(shí)序如圖2。

圖2 相機(jī)外觸發(fā)工作時(shí)序圖

Fig.2 A timing diagram of the external triggering of a camera

在1 m太陽望遠(yuǎn)鏡同步采集系統(tǒng)中，Neo sCMOS工作時(shí)，tdelay為9.37 us。根據(jù)PCO.4000的CCD芯片用戶手冊*PCO.4000的CCD芯片手冊KAI-11002LongSpec.，PCO.4000的tdelay在幾十微秒量級(jí)。因此，在1 m太陽望遠(yuǎn)鏡多通道同步采集時(shí)間為1 ms量級(jí)的要求下，兩個(gè)通道的相機(jī)外觸發(fā)時(shí)刻到曝光時(shí)刻之間的時(shí)間延遲都可以忽略不計(jì)，1 m太陽望遠(yuǎn)鏡的Hα通道相機(jī)與TiO通道相機(jī)之間的同步曝光控制就是外觸發(fā)信號(hào)的同步控制。

2.3 軟件實(shí)現(xiàn)

軟件部分的實(shí)現(xiàn)是基于Windows操作系統(tǒng)平臺(tái)，利用Visual C++6.0開發(fā)軟件進(jìn)行編寫，其具體實(shí)現(xiàn)主要分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分。上位機(jī)采用多線程程序[7]，為每個(gè)下位機(jī)提供相應(yīng)的控制線程。主要是實(shí)現(xiàn)各通道中相機(jī)外觸發(fā)信號(hào)與采集計(jì)算機(jī)的中斷信號(hào)的各種時(shí)序、系統(tǒng)工作模式和基本參數(shù)的設(shè)置、時(shí)間發(fā)送以及下位機(jī)反饋信號(hào)采集。其雙線程工作流程圖如圖3。圖中：N1表示Hα通道的小周期數(shù)；N2表示TiO通道的小周期數(shù)；Count1表示Hα通道的小周期計(jì)數(shù)變量；Count2表示非同步的小周期計(jì)數(shù)變量。下位機(jī)主要是在硬件中斷控制程序中實(shí)現(xiàn)相機(jī)圖像采集、存儲(chǔ)、時(shí)間信號(hào)讀取以及小周期采集結(jié)束后反饋信號(hào)的發(fā)送。

圖3 上位機(jī)雙線程工作流程圖

Fig.3 A two-thread flowchart of the host computer

3 同步采集系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

同步采集實(shí)驗(yàn)主要根據(jù)圖2搭建的軟硬件系統(tǒng)對(duì)Hα和TiO兩通道的相機(jī)外觸發(fā)、圖像采集計(jì)算機(jī)中斷觸發(fā)、幀采集完成反饋等6路信號(hào)進(jìn)行時(shí)序波形測試、記錄，并分析它們之間的工作時(shí)序關(guān)系、同步工作情況、時(shí)間延遲等。

通過實(shí)驗(yàn)獲得的6路信號(hào)的整體時(shí)序波形如圖4。在圖4的波形中，Hα通道每隔2幀與TiO通道每隔16幀之間相互同步一次，同步時(shí)刻為圖4中的t0、t1、t2時(shí)刻。圖2中的上位機(jī)通過PCI2362并口同時(shí)發(fā)送兩個(gè)通道的相機(jī)和計(jì)算機(jī)中斷的觸發(fā)信號(hào)，經(jīng)測試，它們之間的時(shí)間同步在納秒量級(jí)，因此認(rèn)為它們之間已經(jīng)嚴(yán)格同步。除此之外，Hα通道和TiO通道還存在各自非同步幀，非同步幀工作時(shí)，Hα通道和TiO通道各自同時(shí)觸發(fā)自己的相機(jī)和采集計(jì)算機(jī)，如圖4中的th01和tt01時(shí)刻。不管是Hα通道和TiO通道同步幀，以及非同步幀，只有收到相應(yīng)的下位機(jī)的幀完成反饋信號(hào)時(shí)，才能啟動(dòng)下一幀的相機(jī)和采集計(jì)算機(jī)的觸發(fā)信號(hào)。

圖5(a)、(b)、(c)是測試兩臺(tái)下位機(jī)的中斷程序延遲和CCD相機(jī)與中斷采集程序工作時(shí)序(工作流程)。但測試時(shí)，中斷延遲時(shí)間非常短，為了展示中斷的延遲效果，兩個(gè)通道都沒有帶上CCD相機(jī)，相機(jī)采集程序每一步工作過程用相應(yīng)的一段時(shí)間延長代替，并且Hα通道非同步幀設(shè)置為2，TiO通道非同步幀設(shè)置為4，工作時(shí)序如圖5(a)。

圖4 同步采集系統(tǒng)整體時(shí)序圖

Fig.4 A comprehensive timing diagram of the synchronized data acquisition system

圖5(a) 不帶相機(jī)測試下的兩通道同步工作時(shí)序圖；(b) 兩通道CCD相機(jī)和中斷程序工作流程；(c) 兩通道中斷延時(shí)測量圖

Fig.5(a) A timing diagram showing the test of the synchronization of the two channels with the CCD cameras in idle states; (b) A timing diagram showing the workflows of the CCD cameras and interruption routines in the two channels; (c) A timing diagram showing the measurements of the delays in interruptions of the two channels

圖5(b)是圖5(a)中ta到tb一個(gè)工作周期左右部分的放大，描述一個(gè)工作周期內(nèi)Hα通道相機(jī)和TiO通道相機(jī)與它們相應(yīng)采集程序的工作流程和時(shí)序關(guān)系。兩個(gè)通道工作時(shí)，都存在中斷延遲，即圖2中的上位機(jī)中斷觸發(fā)下位機(jī)后，下位機(jī)的中斷程序啟動(dòng)較中斷觸發(fā)時(shí)刻有時(shí)間延遲，這個(gè)時(shí)間延遲與PCI2310中斷卡、計(jì)算機(jī)軟硬件配置等有關(guān)。經(jīng)實(shí)測，Hα通道采集計(jì)算機(jī)的中斷延遲是18 us，TiO通道采集計(jì)算機(jī)的中斷延遲是70 us，如圖5(c)。

圖5(c)是圖5(a)中ta到tc部分的放大。采集計(jì)算機(jī)進(jìn)入中斷程序后，首先讀取上位機(jī)發(fā)送的同步時(shí)刻的絕對(duì)時(shí)間，然后等待相機(jī)曝光完成，讀取和存儲(chǔ)圖像， 并向上位機(jī)反饋幀完成信號(hào)。實(shí)際在1 m太陽望遠(yuǎn)鏡上工作時(shí)，TiO通道相機(jī)曝光時(shí)間是1 ms左右，Hα通道相機(jī)曝光時(shí)間是20 ms左右。因此，采集計(jì)算機(jī)的中斷延遲和絕對(duì)時(shí)間讀取所消耗的時(shí)間遠(yuǎn)小于相機(jī)的曝光時(shí)間，不影響系統(tǒng)的圖像采集速度。

1 m太陽望遠(yuǎn)鏡要求多通道同步采集時(shí)，每個(gè)通道的同步采集幀之間間隔任意設(shè)置，即非同步幀的數(shù)目可以任意設(shè)置，目的是為了擴(kuò)展成5通道后，當(dāng)不同相機(jī)工作在不同曝光時(shí)間時(shí)，每個(gè)通道都盡量工作在最大采集速度。圖6中Hα通道的非同步幀數(shù)N1小于TiO通道的非同步幀數(shù)N2，且N1為2，N2為16。圖7中Hα通道的非同步幀N1大于TiO通道的非同步幀數(shù)N2，且N1為2，N2為1。從這兩幅圖中可以看出，兩通道可以設(shè)置任意非同步幀數(shù)以達(dá)到某一通道的任一幀可以和另一通道的任一幀實(shí)現(xiàn)同步。通過這一設(shè)置，既能達(dá)到兩個(gè)通道的相互同步采集，又能發(fā)揮每個(gè)通道最快的采集速度。

圖6N1

Fig.6 A timing diagram of the two channels whenN1

圖7N1>N2的兩通道工作時(shí)序圖

Fig.7 A timing diagram of the two channels whenN1>N2

就目前1 m太陽望遠(yuǎn)鏡的多通道成像觀測系統(tǒng)而言，Hα通道實(shí)際使用的采集時(shí)間是47 ms，TiO通道實(shí)際使用的采集時(shí)間是281 ms，根據(jù)圖6和圖7，以及每幀采集時(shí)刻的時(shí)間記錄數(shù)據(jù)，如表1，可以得出：當(dāng)Hα通道非同步幀數(shù)為2幀，TiO通道非同步幀數(shù)為16幀時(shí)，兩通道既能相互同步采集，又能達(dá)到最佳的采集速度；當(dāng)Hα通道非同步幀數(shù)為2幀，TiO通道非同步幀數(shù)為1幀時(shí)，兩通道雖然能相互同步采集，但TiO通道出現(xiàn)了很大的時(shí)間等待，并且從表1的時(shí)間信息記錄文件中可以很方便地判斷哪些圖像是同步幀，哪些圖像是非同步幀，方便后續(xù)的圖像處理工作。

表1 同步采集系統(tǒng)圖像曝光時(shí)刻記錄

Table 1 A list of records of camera exposures of the synchronized data acquisition system

4 總 結(jié)

經(jīng)過Hα和TiO兩個(gè)成像觀測通道同步實(shí)驗(yàn)，本文所采用的CCD相機(jī)外觸發(fā)工作模式，計(jì)算機(jī)PCI硬件中斷技術(shù)，并結(jié)合全球定位系統(tǒng)獲取絕對(duì)時(shí)間和PCI并口發(fā)送時(shí)間的方法設(shè)計(jì)的同步采集系統(tǒng)能滿足1 m太陽望遠(yuǎn)鏡多通道成像觀測系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)同步采集的要求。下一步的主要工作是擴(kuò)展現(xiàn)有系統(tǒng)，在5個(gè)通道上實(shí)現(xiàn)。

[1] Liu Z, Xu J. 1-meter near-infrared solar telescope[C]// Choudhuri A R, Banerjee D. First Asia-Pacific Solar Physics Meeting ASI Conference Series. 2011, 2: 9-17.

[2] 姚繪玲, 金振宇, 向永源. 大氣色散對(duì)太陽多波段同步高分辨圖像重建的影響[J]. 天文研究與技術(shù)——國家天文臺(tái)臺(tái)刊, 2015, 12(2): 189-195. Yao Huiling, Jin Zhenyu, Xiang Yongyuan. A study of influences of atmospheric dispersion on the multi-waveband synchronous high-resolution reconstruction applied to solar images[J]. Astronomical Research & Technology——Publications of National Astronomical Observatories of China, 2015, 12(2): 189-195.

[3] 戴明, 凌麗青, 孫麗娜, 等. 采用外觸發(fā)方式實(shí)現(xiàn)CCD攝像機(jī)的全自動(dòng)調(diào)光控制[J]. 光學(xué)精密工程, 2008, 16(11): 2257-2262. Dai Ming, Ling Liqing, Sun Lina, et al. Full-automatic light adjustment control for CCD camera by external trigger[J]. Optics and Precision Engineering, 2008, 16(11): 2257-2262.

[4] 徐濤, 黃魯, 王榮生. 一種多PCI卡組成的高速同步圖像獲取系統(tǒng)[J]. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用, 2004, 40(2): 124-125+189. Xu Tao, Huang Lu, Wang Rongsheng. A hign speed and synchronic image acquistion system of multi-PCI cards[J]. Computer Engineering and Applications, 2004, 40(2): 124-125+189.

[5] 顧德門. 統(tǒng)計(jì)光學(xué)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 1992: 363.

[6] 劉忠. 天文圖像高分辨重建及空域性質(zhì)研究[D]. 云南: 中國科學(xué)院云南天文臺(tái), 2003.

[7] 陳少強(qiáng). VC++中基于MFC的多線程應(yīng)用程序設(shè)計(jì)[J]. 三明高等專科學(xué)校學(xué)報(bào), 2002, 19(2): 49-55. Chen Shaoqiang. VC++ multithread application programming based on MFC[J]. Journal of Sanming College, 2002, 19(2): 49-55.

A Synchronized Data Acquisition System in the Multi-ChannelObservation System on the NVST of the YNAO

Li Yuyan1,2, Chen Yuchao1,2, Yang Lei1, Liu Guangqian1

(1. Yunnan Observatories, Chinese Academic of Sciences, Kunming 650011, China, Email: fyul@ynao.ac.cn;2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

In order to achieve synchronized multi-wavelength high-resolution image reconstruction with the multi-channel high-resolution observation system on the NVST (New Vacuum Solar Telescope) of the Yunnan Observatories, data of the multiple channels need to be synchronously recorded. In this paper we present our study of realization of the needed synchronous recording. Our approach combines externally triggered working modes of the CCD cameras, technologies of interrupting computer PCI bus hardware, and the GPS time system. Using the approach we have built a system to achieve synchronized data acquisition with the NVST multi-channel observation system. In this paper we also introduce an experimental platform built on the existing Hα and TiO imaging channels. Through a series of experiments, such as timing sequence analyses of waveforms, data recording, and data analyses, we show that our system can meet the requirements of synchronous recording with the NVST multi-channel observation system.

NVST multi-channel observation system; Multi-channel high-resolution image reconstruction; Synchronized data acquisition; External triggering of CCD cameras; Interruption of PCI hardware

國家自然科學(xué)基金 (11103077, 11203074) 資助.

2014-10-19；修定日期：2014-11-10 作者簡介：李玉艷，女，碩士. 研究方向：精密跟蹤與控制技術(shù). Email: lyy@ynao.ac.cn

P111

A

1672-7673(2015)03-0323-08