VLT Interferometer

Die Europäische Südsternwarte (ESO) betreibt auf dem 2.635 m hohen Mount Paranal in den chilenischen Anden eines der weltweit größten astronomischen Interferometer im optischen und infraroten Bereich, das Very Large Telescope Interferometer (VLTI). 4D Engineering hat für das VLTI seit dem Jahr 2000 große Teile der Steuerungssoftware und einige Hardwarekomponenten entwickelt.

• Softwaredesign, Implementation, Test und Dokumentation von Applikationen, hauptsächlich auf der Workstation- ebene, aber auch auf der VMEbus- und Treiberebene
• Interferometer Supervisor Software
• Fringe-Sensor-Überwachung
• Multi-Application Curvature Adaptive Optics

• VxWorks / Tornado
• Unix (HP-UX, Solaris)
• Linux
• FITS Standard
• Objektorientiertes Design und Coding
• UML

• ANSI C/C++
• TCL/TK
• VMEbus
• Digital und analog I/O
• Fast Ethernet
• FDDI

Die Anlage umfasst im Kern vier baugleiche Teleskope mit einem Spiegeldurchmesser von je 8,2 Meter. Die einzelnen Spiegelteleskope können optisch oder interferometrisch gekoppelt werden. Dadurch kann das Gesamtsystem das Auflösungsvermögen eines einzelnen Teleskops mit einem Durchmesser von 130 Metern bzw. das Lichtsammelvermögen eines 16-Meter-Spiegels erreichen. Um die Basislängen und Orientierungen stärker als nur durch Zusammenschaltung von zwei oder drei der Großteleskope variieren zu können, werden diese durch vier verfahrbare 1,8 Meter-Teleskope ergänzt, welche an 30 verschiedenen Stationen positioniert werden können und so Basislängen bis zu 200 Metern ermöglichen. Zur Korrektur der durch Luftturbulenzen verzerrten Wellenfronten des auf den Primärspiegel treffenden Lichtes sind alle vier Großteleskope im Coudé- Fokus mit adaptiver Optik ausgerüstet (MACAO).

Die Steuerungssoftware des VLTI basiert auf einem von ESO entwickelten Standard, der eine intensive Vernetzung und dezentrale Aufgabenverteilung als Grundprinzipien hat. Die zeitkritischen Steueraufgaben sind auf ein Netz aus dedizierten VMEbus-Systemen verteilt, sogenannte Local Control Units (LCU). Auf deren M68kund PPC-CPUs läuft VxWorks als Echtzeitbetriebssystem. Die Koordination auf höherer Ebene, die Benutzeroberflächen, Archivierung, Remotezugänge, etc. erfolgen auf UNIX-Workstations unter Solaris und HP-UX, beziehungsweise auf Linux-PCs. Insgesamt besteht die VLTI Steuerungssoftware aus mehr als einer Million Programmzeilen und ist auf ca. 60 LCUs und Workstations verteilt.

Das VLTI Control System ist auf verschiedene Softwarepakete verteilt, die kontinuierlich erweitert werden. Zur Zeit sind auf Paranal in Betrieb:

Als Betriebssysteme kommen UNIX/Linux und VxWorks zum Einsatz. Objektorientierte Designtechniken kommen zum Einsatz, die Implementation erfolgt in ANSI C und C++, bei Bedienoberflächen in TCL/TK.

4D Engineering ist seit mehr als sechs Jahren an der Entwicklung der VLTI Software beteiligt. Unsere Tätigkeit umfasst Design, Implementation, Test und Dokumentation von Applikationen, hauptsächlich auf der Workstationebene, aber auch auf der VMEbus- und Treiberebene (siehe MACAO). Unter anderem wurden folgende Komponenten der VLTI Software von 4D Engineering implementiert:

Die Interferometer Supervisor Software (ISS) ist die zentrale Steuerungssoftware des VLTI. Sie konfiguriert, koordiniert und überwacht kontinuierlich alle Komponenten des Interferometers: Teleskope, Spiegel, Delay Lines, Fringe Sensoren, technische CCDs usw. Paralleles Message-Routing und optimierte Parallelisierung der einzelnen Prozessschritte resultieren in sehr hoher Effizienz von zum Teil sehr komplexen Abläufen. ISS ist ferner die zentrale Schnittstelle des VLTI zu den Instrumenten und Anwendern. Sie repräsentiert das Interferometer als transparentes System. Der Anwender kann sowohl für die 8-Meter als auch die 1,8-Meter-Teleskope dieselbe Schnittstelle verwenden; Unterschiede zwischen den Teleskopen werden automatisch berücksichtigt.

Die FINITO Workstation Software konfiguriert, koordiniert und überwacht den Fringe Sensor FINITO. Ferner bietet sie die Möglichkeit, die LCUs für die Detektoreinheit und für die Strahlführungsspiegel weitgehend zu simulieren. Variierbare Profile und eine systematische Driftbewegung des einfallenden Lichtstrahls, einstellbare Signal / Rausch-Verhältnisse des Detektors, sowie eine spezielle graphische Darstellung wurden implementiert. Durch Vergleich der Simulationen mit Messungen an künstlichen Lichtquellen und Sternen wurden während der Inbetriebnahme mehrere Algorithmen zur Intensitätsoptimierung und Strahlnachführung auf Workstation-Ebene optimiert.

Siehe Project Sheet "MACAO" 4D Engineering leistet auch Support, Systemanalyse, mathematische Modellierung, Simulation oder Einarbeitung von ESO-Mitarbeitern und trägt damit ständig zum erfolgreichen Betrieb des VLTI bei.