\documentclass[10pt,pdf,hyperref={unicode},aspectratio=169]{beamer}
\hypersetup{pdfpagemode=FullScreen}
\usepackage{lect}

\title[SAO RAS Themes]{Темы индивидуальных и групповых работ\\
САО РАН}
\date{}

\begin{document}
% Титул
\begin{frame}
\maketitle
\end{frame}

\begin{frame}{САО РАН}
\only<1>{\img[0.8]{map4}}
\only<2>{\img[0.9]{Bukovo1}}
\only<3>{\img[0.9]{BTA}}
\only<4>{\img[0.9]{RATAN}}
\only<5>{\img[0.9]{smt}}
\end{frame}


\begin{frame}{Что нам нужно}
\begin{block}{}
\begin{itemize}
 \item Поддержка и модернизация АСУ телескопом и аппаратурой.
 \item Разработка новых программно-аппаратных решений для повышения качества наблюдений.
 \item Исследование телескопа и аппаратуры.
 \item Исследование астроклимата и микроклимата.
 \item Роботизация.
\end{itemize}
\end{block}
\begin{block}{Умения и навыки}
\begin{itemize}
 \item Английский язык.
 \item Языки программирования и средства разработки.
 \item Основы аналоговой и цифровой схемотехники.
 \item Уверенное знание операционной системы GNU/Linux.
 \item Работа с конструкторской документацией: \LaTeX, kicad, librecad etc.
 \item Математический аппарат, системы обработки данных.
 \item Проектирование АСУ, протоколы связи, клиент-серверная архитектура\dots
\end{itemize}
\end{block}
\end{frame}

\section{Темы для групповых и индивидуальных исследований}
\begin{frame}{Темы для индивидуальных исследований}
\begin{block}{Разработка информационной системы <<Родительские галактики
радиоисточников>>}
Одним из первых проектов, выполненных на радиотелескопе РАТАН-600, был проект <<Холод>>, который
включил серию поисковых обзоров полосы неба. Исследования радиоисточников обзора продолжается до
настоящего времени.
В частности это относится к отождествлению радиоисточника с порождающей его галактикой.
Родительская галактика часто оказывается слабым объектом в оптическом диапазоне, что требует
привлечения глубоких оптических или инфракрасных кадров. Радиоисточник может иметь сложную
структуру, чтобы выявить детали структуры~--- радиодоли и ядро, нужны двумерные карты с разрешением
порядка нескольких секунд. Таким образом, для исследования радиоисточников нужно привлекать всю
имеющуюся информацию.
\end{block}
\begin{block}{Знания}
Работа с базами данных, разработка веб-интерфейсов, автоматизация заполнения баз данных.
\end{block}
\end{frame}
\begin{frame}
\only<1>{
\begin{block}{Развитие научного интерфейса радиоастрономической базы данных CATS}
Руководитель: Трушкин С.А. (при участии Черненкова В.Н.).

Ввести дополнительные функции в поисковые процедуры выборки радиоисточников из более чем
400 различных каталогов. Он-лайн процедуры визуализации карт неба с фиксированными координатами
найденных источников, включение процедур Aladin, процедур построения радиоспектров с их аппроксимацией
различными функциями (МНК), построение кривых блеска данным с длинными рядами измерений, построение
распределения потоков в широкой спектральной области.
\end{block}
\begin{block}{Знания}
СУБД, графический интерфейс, софт для визуализации данных, программирование в ОС Linux. Общее понимание
астрономии, физико-математическое образование.
\end{block}}
\only<2>{\img{CATS}}
\end{frame}

\begin{frame}{}
\begin{block}{Создание базы данных далеких радиогалактик}
Руководитель Сотникова Ю.В.

Цель и задачи: исследование особенностей радиоизлучения далеких галактик ($z>2$). Систематизация
измерений галактик в радио, инфракрасном, рентгеновском и гамма диапазонах, реализация доступа к
ним, экспорта данных опубликованных каталогов.  Автоматический расчет параметров синхротронных
радиоспектров и переменности, радиосветимости и радиогромкости. Автоматизация анализа
многочастотных кривых блеска объектов методами корреляционного анализа, структурных функций и
вейвлет-анализа.
\end{block}

\begin{block}{Знания}
Обработка данных, базы данных, программирование.
\end{block}
\end{frame}

\begin{frame}{}
\only<1>{
\begin{block}{Разработка механической конструкции фотоприемной камеры с Пельтье-охладителем на основе
широкоформатного КМОП-приемника изображения}
Руководитель: Афанасьева И.В.

Формулирование требований к камере;
изучение принципов работы Пельтье-элементов;
решение задачи обеспечения герметизации камеры;
построение конструкции камеры в системе трехмерного моделирования;
ознакомление с принципами работы систем теплового моделирования;
построение и исследование тепловой модели разработанной камеры;
оптимизация конструкции камеры на основе тепловой модели.

\end{block}
\begin{block}{Знания}
Умение работать в системе трехмерного моделирования (например: КОМПАС-3D, SolidWorks, Inventor).
\end{block}}
\only<2>{\img[0.8]{ADLAB}}
\end{frame}

\begin{frame}{}
\only<1>{\begin{block}{Разработка методики автоматического определения облачности по анализу данных
с all-sky камеры.}
Руководитель: Емельянов Э.В.

В САО длительное время работает ряд all-sky камер, позволяющих визуально оценить состояние
облачности. Однако, отсутствует возможность автоматически вычислять степень покрытия неба облаками.
В свете введения в строй системы малых телескопов их роботизация напрямую зависит от данной работы.
Предлагается на основе анализа накопленных за несколько лет кадров с различных all-sky камер
разработать методику вычисления процента покрытия неба облаками. Для этого необходимо проводить
анализ изображения с камеры на предмет наличия ярких звезд: распознавание конфигураций астеризмов и
подсчет доли небесной сферы, на которой каталожные звезды отсутствуют в силу облачности. В качестве
дополнительного источника данных предлагается использовать датчик, измеряющий относительную
температуру неба (Boltwood cloud sensor).

\end{block}
\begin{block}{Знания}
Сферическая геометрия. Работа с изображениями в FITS-формате. Основные операции обработки
изображений: фильтрация, морфологические операции, сегментирование, отождествление объектов. Linux.
\end{block}}
\only<2>{\img[0.95]{BTAmeteo}}
\only<3>{\img[0.7]{AllSkyFITS}}
\only<4>{\img[0.7]{AllS}}
\end{frame}

\begin{frame}{}
\begin{block}{Разработка низкоуровневой системы управления телескопом с экваториальной монтировкой}
Руководитель: Емельянов Э.В.

Один из внедряемых в САО РАН 50-см телескопов оснащен простейшей экваториальной монтировкой, не
имеющей полноценной системы управления. Предлагается на основе контроллера данной монтировки,
принимающего по RS-232 простейшие команды (движение с заданной скоростью, останов, получение
текущего положения с энкодеров) разработать систему, позволяющую осуществлять наведение телескопа
на звездоподобные объекты и их сопровождения (с учетом рефракции и построением модели коррекции
наведения).
\end{block}
\begin{block}{Знания}
Linux, язык С или С++, сетевые приложения, сферическая геометрия, основы астрономии.
\end{block}
\end{frame}

\begin{frame}{}
    \begin{block}{Исследование зависимости положения фокуса 0.5-м телескопа от температуры воздуха
    и его узлов}
        Руководитель: Емельянов Э.В.

        Предлагается на основе долгих рядов наблюдений собрать статистику зависимости фокуса
        телескопа от различных температур. Провести корреляционный анализ полученных данных.
    \end{block}
    \begin{block}{Знания}
        Методы обработки данных, Octave, программирование на С или С++, оптимизация вычислений.
    \end{block}
\end{frame}

\begin{frame}{}
    \begin{block}{Разработка системы управления шаговым двигателем с обратной связью}
        Руководитель: Емельянов Э.В.

        На основе простого STEP/DIR драйвера и углового энкодера (магнитного или оптического) на
        валу двигателя предлагается разработать на МК STM32 систему управления шаговым двигателем.
        Система должна детектировать пропуск шагов двигателем и автоматически корректировать рамп в
        таких случаях. Продолжение работы~--- использование драйверов ШД Trinamic с управлением по
        SPI или UART.
    \end{block}
    \begin{block}{Знания}
        Разработка под МК STM32 в Linux, умение разрабатывать принципиальные схемы и трассировать
        печатные платы, общие принципы управления шаговым двигателем.
    \end{block}
\end{frame}

\begin{frame}{}
    \begin{block}{Разработка библиотеки протокола CANopen для микроконтроллеров STM32F0x2}
        Руководитель: Емельянов Э.В.

        Предлагается разработать компактную библиотеку, позволяющую реализовать полноценный CANopen
        на микроконтроллере STM32F072 или STM32F042.
    \end{block}
    \begin{block}{Знания}
        Разработка под МК STM32 в Linux, понимание принципов работы интерфейса CAN и протокола
        CANopen.
    \end{block}
\end{frame}

\begin{frame}{}
    \begin{block}{Сравнение производительности методов частотного анализа на микроконтроллерах
            STM32: с использованием быстрого преобразования Фурье (БПФ), дискретного косинусного
            преобразования (ДКП) и периодограммы Ломба-Скаргла (ПЛС)}
        Руководитель: Емельянов Э.В.

        Предлагается оценить производительность определения первых трех базовых гармоник сигнала,
        поступающего на вход АЦП STM32F103 (не имеет FPU) и STM32F072 (не имеет FPU и аппаратного
        деления).
        А) сравнить разные реализации БПФ для микроконтроллеров. Б) портировать реализацию ДКП и
        сравнить с производительностью БПФ. В) портировать реализацию ПЛС и разработать реализацию
        одного из альтернативных методов построения периодограмм. Сравнить с предыдущими. По
        возможности повторить исследования на STM32F303 или STM32F401 (имеют FPU).
        В качестве реализации результатов работы может стать измеритель частоты вращения вала
        асинхронного электродвигателя.
    \end{block}
    \begin{block}{Знания}
        Анализ данных, разработка под МК STM32 в Linux, проектирование смешанных
        (аналогово-цифровых) принципиальных схем, трассировка печатных плат, оптимизация алгоритмов.
    \end{block}
\end{frame}

\begin{frame}{}
\only<1>{\begin{block}{Создание каталога небесных объектов на основе цифровой коллекции архивных
прямых снимков}
Руководитель Желенкова О.П.

В САО РАН поддерживается общий архив наблюдательных данных, который включает около 30 цифровых коллекций,
полученные на оптических телескопах и радиотелескопе. Архивные данные организованы в информационную систему на
базе СУБД PostgreSQL. Создать на основе этих данных каталог объектов САО РАН с организацией доступа к данным
на базе информационно-поисковой системы.

Этапы работы:
проектирование схемы таблиц;
наполнение таблицы списков общими характеристиками (экспозиция, размер кадра, фильтр, дата и время
экспозиции, число объектов);
слияние списков, находящихся в архиве, в одну таблицу;
выбор метода кросс-идентификация списка и определение числа детектирований для объектов.
\end{block}
\begin{block}{Знания}
СУБД, программирование на ЯВУ С/С++, веб-программирование (как бэкэнд, так и фронтэнд). Linux.
\end{block}}
\only<2>{\img{Archive}}
\end{frame}

\begin{frame}{}
\begin{block}{Разработка программно-определяемого хранилища для архива наблюдений}
Руководитель Желенкова О.П. Можно рассматривать как ВКР или как несколько курсовых работ.

Начиная с первого релиза в 2008\,г. активно развивается и используется в разных областях научных исследований
система iRODS, (integrated Rule Oriented Data System). Это "--- платформо-независимая система управления
данными, которая обеспечивает сохранность и курирование. В работе планируется развертывание iRODS,
ознакомление с возможностями системы, ознакомление с архивной системой САО РАН, разработка вариантов
архитектуры архивной системы на базе iRODS, разработка вариантов миграции цифровых коллекций в
среду iRODS.
\end{block}
\begin{block}{Знания}
СУБД, программирование на ЯВУ С/С++, администрирование Linux, веб-программирование (как бэкэнд, так и
фронтэнд).
\end{block}
\end{frame}

\begin{frame}{}
\only<1>{\begin{block}{Разработка автоматизированной системы позиционирования вторичного зеркала
радиотелескопа РАТАН-600}
Руководитель Жаров В.И.

Разработка автоматизированной системы позиционирования вторичного зеркала с использованием
современных координатно измерительных систем на базе высокоточного тахеометра или GPS приемников.
\end{block}
\begin{block}{Знания}
Базовые знания физики, написание прикладного ПО в Linux.
\end{block}}
\only<2>{\img[0.8]{Ratsu1}}
\end{frame}

\begin{frame}{}
\only<1>{\begin{block}{Развитие систем и методов широкоугольного оптического мониторинга небесной
сферы}
Руководитель Бескин Г.М.

Разработка методики многополосного поляризационного мониторинга неба субсекундного временного разрешения с
использованием многообъективных (многоканальных) телескопов. Создание системы редукции данных в мониторинговом
и алертном (суммирование изображений одной области, полученных в разных каналах) режимах, анализ аппаратных
эффектов, оптимизация алгоритмов обнаружения оптических транзиентов. Создание баз данных для объектов разных
типов, обнаруженных и изучаемых в процессе мониторинга, исследование параметров их переменности.
\end{block}
\begin{block}{Знания}
Базовые понятия астрофизики. Обработка FITS-файлов. Программирование на C/C++. Умение работать в ПО для
обработки данных и построения графиков. СУБД. Linux.
\end{block}}
\only<2>{\img{MMT}}
\only<3>{\img{MMT1}}
\end{frame}

\begin{frame}{}
\begin{block}{Разработка библиотеки протокола прикладного уровня для шины MODbus RTU применительно
к разрабатываемой архитектуре мультителескопных исследований}
Руководитель Драбек С.В.

При решении задачах управления сложными научными комплексами с заранее определённой архитектурой и
значительным функциональным подобием, часто приходится сталкиваться с многообразием механических,
технологических и приводных вариантов инженерных решений. Такое положение дел вынуждает
разработчиков и заказчиков управляющих комплексов идти по пути наименьшего сопротивления, создавая
при этом уникальные и полностью закрытые системы. Учитывая функциональное подобие и абстрагируясь
от технических решений нижнего уровня, можно создавать унифицированные системы управления с
интеллектуальным ядром ориентированным на объединение подобных.
\end{block}
\begin{block}{Знания}
Программирование микроконтроллеров, разработка программного обеспечения и библиотек в Linux.
\end{block}
\end{frame}

\begin{frame}{}
\begin{block}{Участие в разработке и комплексировании блока интеллектуального управления приводами
оптикомеханических устройств расположенных в трубе 6-метрового оптического телескопа БТА}
Руководитель Драбек С.В.

Управление движением комплекса оптикомеханических устройств расположенных на подвижной трубе
оптического телескопа БТА предъявляет целый ряд требований к их надежности, безопасности и высокой
механической точности. Техническое решение такого блока на основе централизованного
микроконтроллерного управления позволить существенно улучшить эксплуатационные характеристики и
обеспечить высокопроизводительное исполнение команд в процессе астрономических наблюдений
\end{block}
\begin{block}{Участие в совместной работе по разработке алгоритмов управления исполнительными
устройствами для системы температурного регулирования оптических компонентов с использованием
данных от многоточечных полей температурных преобразователей}
Руководитель Драбек С.В.

Работа ориентирована на проведение температурных и метеорологических исследований, разработку
собственных алгоритмов анализа и фильтрации поступающих данных с целью прогнозирования и выработки
управляющих воздействий на систему в реальном времени.
\end{block}
\end{frame}

\begin{frame}{}
\begin{block}{Управление куполом Цейсс-600}
Руководитель Амирханян В.Р.

Купол телескопа имеет два привода: вращения по азимуту и открытия\slash закрытия забрала.
Автоматическая система управления должна, анализируя положение телескопа, устанавливать забрало
купола в синхронный азимут.

Задачи: схема электроснабжения купола; схема управления приводами купола; схема контроля позиций
купола и забрала; программный комплекс (языки IDL, Python), обеспечивающий автоматическое
управление куполом и удаленный доступ.
\end{block}
\begin{block}{Знания}
Электротехника, электроника, программирование.
\end{block}
\end{frame}

\begin{frame}{Темы АСУ БТА (руководитель Верич Ю.Б., инженеры АСУ)}
\only<1>{\begin{block}{Организация диагностики частотных преобразователей системы маслопитания
телескопа}
Диагностика должна включать в себя опрос основных параметров частотного преобразователя,
архивирование, визуализацию данных в операционной системе LINUX.
\end{block}
\begin{block}{Организация диагностики частотного преобразователя смазки червяка главной
        пары азимутальной оси телескопа}
    Реализовать опрос основных параметров частотного преобразователя, опрос датчика уровня масла в
    баке, опрос датчика давления.  Должна быть предусмотрена архивация, визуализация
    контролируемых параметров в системе LINUX
\end{block}
}
\only<2>{
\begin{block}{Управление, контроль скоростью вентилятора сухой градирни входящей в систему
охлаждения масла СМП телескопа}
    Должна быть обеспечена обратная связь с датчиками   температуры масла и охлаждающей воды.
    Необходимо выполнить:
    \begin{itemize}
        \item  Подключение ЧП
        \item Подключение датчиков обратной связи
        \item Настройка ЧП
        \item Диагностика, архивация, визуализация основных параметров
    \end{itemize}
\end{block}
}
\only<3>{\begin{block}{Диагностика, архивирование основных параметров АСУ телескопа}
        На основе аналоговых и цифровых данных концевых датчиков, датчиков положения и т.д. для АСУ
        телескопа c помощью промышленного логического контроллера~--- SIEMENS-S7-300 и
        соответствующих коммуникационных модулей реализовать диагностику параметров
    \end{block}
    \begin{block}{Модернизация купола БТА}
        Подготовительные работы по замене однооборотного энкодера положения купола БТА на
        многооборотный энкодер. Макетирование устройства и анализ его работы на куполе БТА без
        вмешательства в существующую систему управления.

        На первом этапе работа предполагает макетирование нового устройства его тестирование и
        анализ работы на куполе БТА
    \end{block}
}
\only<4>{\begin{block}{Установка, монтаж и опрос датчиков положения забрала}
        Вариант 1: установка нескольких датчиков для контроля промежуточных точек положение забрала.

        Вариант 2: установка многооборотного энкодера на привод забрала для получения информации
        о положении забрала в текущий момент времени
    \end{block}
    \begin{block}{Проектирование системы контроля натяжения троса и положения концевых выключателей
    балансировки трубы телескопа}
        Макетирование системы контроля натяжения и обрыва троса балансировки.
    \end{block}
}
\end{frame}


\begin{frame}{Темы для групповых работ}
\only<1>{\begin{block}{База данных наблюдений фотометра с перестраиваемым фильтром MaNGaL}
Руководитель Моисеев А.В.

В 2017 г. в САО РАН был разработан новый прибор~--- картировщик узких галактических линий (Mapper
of Narrow Galaxy Lines, MaNGaL), представляющий собой фотометр с перестраиваемым фильтром на базе
сканирующего интерферометра Фабри--Перо. За прошедшее время было выполнено уже несколько
десятков ночей наблюдений на 1-м телескопе САО РАН и 2.5-м телескопе ГАИШ МГУ. Данные наблюдений
представляют из себя стандартные FITS-файлы. Ставится задача создать архив наблюдений и базу
полученных наблюдательных данных с возможностью поисковых запросов про названию и типу объектов,
телескопов и т.д. Также предполагается включение в архив обработанных и  откалиброванных  научных
данных~--- изображений в эмиссионных линиях различных галактических и внегалактических туманностей.
\end{block}}
\only<2>{\img[0.7]{MangalSch}}
\only<3>{\img[0.6]{MangalZ}}
\end{frame}

\begin{frame}{}
\only<1>{\begin{block}{Построение распределенной системы управления астрофизическим экспериментом}
Руководитель: Емельянов Э.В.

Каждая единица научного оборудования~--- уникальный прибор со своими особенностями из-за чего
популярные промышленные методы автоматизации неприменимы.
Общей чертой всего астрофизического оборудования является необходимость управления
маломощными двигателями постоянного тока, шаговыми двигателями, соленоидами клапанов и затворов,
нагревательными и охладительными элементами, а также прочей нагрузкой.

Предлагается упростить процесс разработки систем управления подобного рода приборами
путем внедрения серийных компонент, имеющих возможность объединяться в сеть посредством CAN-шины, а
также подключаться к управляющему устройству (компьютеру, смартфону и т.п.) по USB. Разработать
программное обеспечение для работы с данной системой.

Основа~--- микроконтроллеры семейства STM32. Операционная система~--- GNU/Linux.
\end{block}
\begin{block}{Знания}
Электроника и схемотехника. ARM-микроконтроллеры STM32. Linux. ЯВУ C/C++. Веб-разработка. Разработка
сетевых приложений.
\end{block}}
\only<2>{\img[0.8]{MMPP}}
\only<3>{\img{Mirtemp}}
\end{frame}

\begin{frame}{}
    \begin{block}{Оптимизация и портирование кода для устройств USB-CDC и USB-HID с
    микроконтроллеров STM32F103 и STM32F072 на STM32F303 и STM32F407}
        Руководитель: Емельянов Э.В.

        В некоторых случаях разрабатываемые системы управления требуют активных расчетов с
        плавающей точкой, поэтому более слабые Cortex-M0 и Cortex-M3 не всегда удовлетворяют
        требованиям по производительности.

        Предлагается портировать существующий код USB-HID и USB-CDC на более мощный Cortex-M4.
        Разработать два-три варианта протоколов передачи данных и реализацию на МК и ПК.
        Возможно также расширить на USB-MSC (mass storage device class).
    \end{block}
    \begin{block}{Знания}
        Разработка консольных утилит в GNU/Linux, разработка под МК STM32 в Linux, умение читать и
        понимать документацию.
    \end{block}
\end{frame}

\begin{frame}{}
\begin{block}{Разработка программы обработки геодезических измерений при калибровке угломестных
винтов элементов Главного зеркала РАТАН-600}
Руководитель Жаров В.И.

Изменение существующей программы обработки калибровочных данных для повышения скорости и эффективности.

\end{block}
\begin{block}{Знания}
Обработка больших массивов данных, программирование, математическое моделирование.
\end{block}
\end{frame}

\begin{frame}{}
\only<1>{\begin{block}{Разработка программы расчета поправок (ошибок) поверхности отдельного элемента
Главного зеркала
РАТАН-600.}
Руководитель Жаров В.И.

Изменение действующей программы обработки или разработка нового алгоритма и программы обработки
облака точек, полученных в результате измерения отражающей поверхности отдельных элементов Главного зеркала.
\end{block}
\begin{block}{Знания}
Обработка больших массивов данных, программирование, математическое моделирование.
\end{block}}
\only<2>{\img[0.7]{ratan_geo}}
\end{frame}

\begin{frame}{Спасибо за внимание!}
\hbox to 0pt{\vbox to 0pt{\vspace*{-2.7cm}\img[0.6]{optelcomp}}}
\centering
\begin{minipage}{5cm}
\begin{block}{mailto}
eddy@sao.ru\\
edward.emelianoff@gmail.com
\end{block}\end{minipage}
\end{frame}
\end{document}

