虛擬儀器的數(shù)字陣列天線測試

0引言

LabvlEw是實驗室虛擬儀器集成環(huán)境(laboratory virtual instrument engineering workbench)的簡稱，是美國NI公司的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件集成開發(fā)環(huán)境。LabVIEW作為軟件化儀表在數(shù)據(jù)采集及控制、數(shù)據(jù)分析和顯示等方面具有強大的功能，其支持的信號接口卡豐富，用戶能夠快捷方便地對各個輸入數(shù)據(jù)參數(shù)進行即時設(shè)置和調(diào)試，程序運行結(jié)果也十分直觀。數(shù)字天線陣列是天線和數(shù)字信號處理技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它具有工作方式靈活、抗干擾性能卓越和超角分辨等眾多優(yōu)點，因此其在軍事和民用領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。一般陣列天線校正和波瓣測量需要采集大量的數(shù)據(jù)，進行多次循環(huán)計算，工作效率低且動用的儀器設(shè)備眾多。

因此在數(shù)字陣列天線測試中，LabVIEW的優(yōu)勢十分明顯，它可以實現(xiàn)對大量通道信號同時采集和實時監(jiān)控、分析等工作，這樣既節(jié)省了資源，也簡化了測試過程提高了工作效率。

1 系統(tǒng)簡介

在系統(tǒng)接收端，接收天線各單元通道將接收到的信號通過接收前端放大后，直接送到數(shù)字接收機和采集計算機。由數(shù)據(jù)采集卡對接收機輸出的I／Q信號和天線方位等機械參數(shù)、觸發(fā)信號進行采集和控制，并最終在終端控制處理計算機上計算出天線波瓣圖，系統(tǒng)工作過程如圖1所示。

系統(tǒng)圖

在測試過程中，我們采用LabVIEIW設(shè)計用戶圖形界面，負責(zé)通道監(jiān)視和數(shù)據(jù)采集。LabVIEW中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由采集硬件、硬件驅(qū)動程序和數(shù)據(jù)采集函數(shù)等組成。安裝的硬件驅(qū)動程序包含了硬件可以接受的操作命令，在使用這些硬件之前，根據(jù)需要進行硬件和軟件設(shè)置，以滿足采樣頻率等方面的要求。在本系統(tǒng)中我們采用NI公司的PCI-6534采集卡，LabVIEW通過控制數(shù)據(jù)采集卡對接收機輸出的IQ信號以及其它機械參數(shù)等進行采集。在完成采集卡的設(shè)置后，我們就可以進行采集和通道監(jiān)控等工作了。

圖二：通道監(jiān)視VI的前面板

2 通道監(jiān)視

由于整個系統(tǒng)由多個通道構(gòu)成，為了保證在校正過程中各個通道處于正常工作狀態(tài)，在校正開始前我們需要對通道進行檢查。同時，由于本系統(tǒng)工作頻帶位于民用通信頻帶內(nèi)，為了避免民用通信信號對校正過程的影響我們也需要對外界電磁信號進行監(jiān)視。因此，通道監(jiān)視是確保校正順利進行的重要一部。圖2是通道監(jiān)視VI的前面板界面，圖3是通道監(jiān)視Ⅵ的框圖。在前面板(圖2)中使用了Dialog Tab Control控件，使我們可以在多通道同時監(jiān)控和單通道觀測間切換。在該VI中，除了可以直觀監(jiān)視各個通道是否正常工作外，我們還可以測量、比較各個通道功率增益的差異并完成對通道時域信號幅度、IQ信號正交度等信息的監(jiān)控。

圖三：通道監(jiān)視VI的框圖

在通道監(jiān)視Ⅵ的框圖(圖3)中，我們通過COM組件法在后臺調(diào)用了MATLAB數(shù)學(xué)處理軟件。它完成的主要任務(wù)是將采集卡輸出的多個通道串行數(shù)據(jù)流按通道進行分組，并根據(jù)需要進行數(shù)制轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)分析等工作，這些功能加快了程序運行速度，提高了該Ⅵ數(shù)據(jù)處的能力和靈活性。

3 外校正數(shù)據(jù)采集

在確定各個通道都處于正常工作狀態(tài)，并且沒有外界電磁干擾的情況下，就可以開始進行外校正了。

3．1 串口數(shù)據(jù)采集子Ⅵ

為了完成外校正，在數(shù)據(jù)采集過程中必須實時獲取天線機械旋轉(zhuǎn)的方位。這里我們通過串口來采集天線機械旋轉(zhuǎn)的碼盤值，獲得天線實時旋轉(zhuǎn)方位。

其中的串口采用的是RS232，D型口，其中利用2、3和5三跟針腳，一個是發(fā)送、一個是接收，一個是接地。在Labview中采用的visa，首先是進行串口設(shè)置，設(shè)置串口號，波特率，其中特別注意的是要安裝visa驅(qū)動包，只有安裝了這個驅(qū)動包，串口才可以選擇。

圖4和圖5是串口數(shù)據(jù)采集子VI及其框圖中(串口采集部分)。配合定北儀測量結(jié)果，通過該子VI我們可以獲得天線機械旋轉(zhuǎn)的實時碼盤值、天線方位和法線方位。

3．2 數(shù)據(jù)采集VI

數(shù)據(jù)采集是測試過程中最基本也是最重要的一個環(huán)節(jié)，它的前面板如圖6。在數(shù)據(jù)采集Ⅵ中我們不但可以控制采集的起止還可以通過在前面板修改參數(shù)控制采集數(shù)據(jù)的長度，從幾十千到幾十兆都可以實現(xiàn)連續(xù)采集。

數(shù)據(jù)采集VI

3．3 外校正數(shù)據(jù)采集VI

在有了串口數(shù)據(jù)采集子VI，并結(jié)合數(shù)據(jù)采集VI，通過合理控制數(shù)據(jù)采集長度，我們就可以最終完成外校正數(shù)據(jù)采集。圖7是外校正數(shù)據(jù)采集VI的前面板，在這里我們可以指定外校正測試的頻率和數(shù)據(jù)的存儲路徑，并可以實時監(jiān)視天線機械旋轉(zhuǎn)的碼盤值和天線的法向指向，并根據(jù)實際需要隨時停止數(shù)據(jù)的采集。圖8是外校正數(shù)據(jù)采集VI的框圖。

4 結(jié)束語

通過以上幾個主要程序和其他一些輔助程序，我們完成了在天線測試過程中從通道監(jiān)視到最后外校正數(shù)據(jù)采集一個完整的過程。本系統(tǒng)充分利用了LabVIEW在軟件化測量編程、數(shù)據(jù)采集方面的優(yōu)勢，提高了工作效率，縮短了工作時間，并經(jīng)過了實踐的驗證。