lectures/SFedU_themes/Themes_SFedU16_9.tex
Edward Emelianov 3648795f0c add 4, 6-1
2021-12-10 01:32:42 +03:00

510 lines
22 KiB
TeX
Raw Permalink Blame History

This file contains invisible Unicode characters

This file contains invisible Unicode characters that are indistinguishable to humans but may be processed differently by a computer. If you think that this is intentional, you can safely ignore this warning. Use the Escape button to reveal them.

This file contains Unicode characters that might be confused with other characters. If you think that this is intentional, you can safely ignore this warning. Use the Escape button to reveal them.

\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}