论文标题：Toward Automated Coronal Observations: A New Integrated System Based on the Lijiang 10 cm Coronagraph

论文链接：https://doi.org/10.3390/universe11050154

期刊名：Universe

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/universe

作者简介：

•第一作者

姓名：宋腾飞

机构：中国科学院云南天文台

研究方向：天文选址，日冕仪技术

•通讯作者

姓名：刘煜

机构：西南交通大学

研究方向：太阳物理，天文选址，日冕仪技术

•作者

姓名：张雪飞

机构：中国科学院云南天文台

研究方向：太阳物理，天文选址，日冕仪技术

姓名：赵明宇

机构：中国科学院云南天文台

研究方向：太阳物理，天文选址

姓名：李小波

机构：中国科学院云南天文台

研究方向：太阳物理，天文选址

姓名：罗启旺

机构：西南交通大学

研究方向：天文望远镜控制系统

姓名：沙飞扬

机构：西南交通大学

研究方向：太阳物理，日冕仪技术

姓名：刘强

机构：西南交通大学

研究方向：太阳物理，天文选址

姓名：Jacob Oloketuyi

机构：西南交通大学

研究方向：太阳物理

姓名：王新建

机构：西南交通大学

研究方向：太阳物理

日冕是太阳大气的最外层，其剧烈活动直接驱动空间天气，影响地球空间环境。然而，日冕亮度仅为日面的百万分之一，常规地基观测极为困难。位于我国云南丽江高美古观测站（海拔 3200 米）的 10 cm日冕仪（YOGIS）是首台长期运行于中国西部高原的日冕仪。为实现高海拔台站的高效、自主与远程观测，来自中国科学院云南天文台的宋腾飞博士及其团队为YOGIS打造了一套全新的集成观测与控制系统，涵盖指向跟踪、滤光器调制、圆顶防护和数据存储等关键子系统。经过长期运行验证，该系统实现了全年日照 92% 的可用率，理想天气状态下日均有效曝光达 15000 次，跟踪稳定性优于 5″/10 min，观测效率较传统人工模式提升 38.5%。相关成果发表于 Universe 期刊，展示了我国在日冕物理与空间天气监测领域的自主创新能力。

一、日冕观测的挑战与YOGIS的使命

丽江10 cm日冕仪（Yunnan Observatories Coronagraph Green-line Imaging System, YOGIS）前身为日本乘鞍观测站的 NOGIS 日冕仪。2013 年，该设备搬迁至丽江高美古观测站（海拔 3200 米），并于当年 10 月 25 日成功获取首光图像，清晰展现出掩体边缘1.03R⊙以上的内冕结构。然而，早期的控制系统功能较为单一，仅提供基础的 CCD 和滤光器调节功能，圆顶旋转、环境监测等关键操作仍极度依赖现场人工介入，严重制约了高海拔台站的观测效率。为此，研究团队决心打造一套高度集成、可远程操控的智能观测系统，让这台“老设备”焕发新生。

图 1 左：2013年10月25日YOGIS日冕仪于丽江初光图；右：简陋的早期控制系统界面

二、集成系统架构：软硬协同的智能化改造

YOGIS集成观测系统并非简单拼凑，而是围绕日冕观测的特殊需求，对三大子系统进行了全面升级与有效整合。

1.望远镜系统：

a)经典Lyot日冕光学系统

b)Lyot滤光器及LCVR

c)采集与控制系统

2.指向与跟踪系统：叉臂式赤道仪、闭环导星和全开式圆顶

3.辅助系统：气象站、全天相机、太阳光度计、GPS时间服务器、远程电源管理器和监控摄像头

在软件架构上，团队使用天文领域通用的ASCOM-Alpaca跨平台标准，设备驱动能够通过网络被不同操作系统调用。软件采用分层模块化设计，预置了标准模式（四波段循环）、快速模式（单/双波段）和工程调试模式，观测人员只需在主界面点击“指向太阳”，系统即可自动计算坐标并完成启动。远程控制支持 Alpaca 浏览器控制、ActiveMQ 消息队列及远程桌面三种方式，目前实际运行中主要采用远程桌面方式，直观且可靠。

图 2 YOGIS日冕仪系统软件架构图

三、自主观测流程与智能报警

系统将常规观测流程固化为自动化循环：

1.自动调参：对准太阳后，首先在单波段快速试拍，自动调整曝光时间（500 ms ~ 2 s）；

2.图像采集与扣除：依次采集线心、天空背景及线翼图像，结合光度计读数、日心坐标及气象参数，自动存入 FITS 文件，并生实时生成日冕图像；

3.三级智能防护：对相机温度、滤光器状态、偏轴误差、云量、风速及硬盘空间等关键指标设定低/中/高三级报警阈值，触发后自动执行保护动作并提醒操作人员。

图 3 YOGIS观测软件界面。

四、运行成效与未来展望

自2020年底新系统基本建成以来，YOGIS已稳定运行多年。2021-2023年其运行情况如下：

•系统利用率：年均达92%，平均故障间隔时间（MTBF）超过1100小时，较早期人工系统的85%利用率和MTBF 400小时均大幅提升。

•观测效率：单日有效曝光最高可达15000次，时间分辨率低至10秒/组。

•人力成本：原先需要3名技术人员全天轮班，如今仅需1人定期检查日志，人工干预次数同比下降90%。

丽江YOGIS日冕仪系统获得的宝贵经验也已成功应用在我国同期多台重要日冕仪的研制与运行中，如中国科学院子午工程II期日冕仪SICG、中国科学院鸿鹄专项临近空间日冕仪、中国空间天气地面监测网稻城日冕仪等项目中。研究团队正规划推进未来研制更大口径的地基日冕仪，并拓展至日冕磁场诊断等前沿领域。YOGIS的集成系统设计理念将直接应用于这些新设备，助力我国在太阳物理和空间天气监测领域实现跨越式发展。

撰文｜沙飞扬、刘强（论文作者）

期刊介绍

主编： Lorenzo Iorio Ministero dell’ Istruzione e del Merito, Italy

Universe (ISSN 2218-1997) 创刊于2015年，是一个国际化、经同行评审的开放获取期刊。本刊始终致力于推动从近地空间到宇宙学尺度的基础与应用物理学研究，涵盖理论突破、实验创新与观测技术的发展。期刊发表范围涉及宇宙学、引力、场论、量子力学基础、核物理与粒子物理、天体物理与天文学以及空间科学等。目前已被Scopus、SCIE (Web of Science)、Astrophysics Data System、INSPIRE、CAPlus / SciFinder、Inspec等数据库收录。

2025 Impact Factor:2.5

2025 CiteScore: 5.0

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Acceptance to Publication: 2.9 Days