基于虛擬儀器的數字陣列天線(xiàn)測試

　　摘要：在現代雷達和民用通訊領(lǐng)域，數字陣列天線(xiàn)是當前的一大研究熱點(diǎn)。但是陣列系統的多天線(xiàn)單元和多收發(fā)通道必然帶來(lái)陣列系統的誤差。所以，天線(xiàn)交付前都要準確獲得其相對幅相誤差的分布。而一般的天線(xiàn)測試系統通用性較差，測試工作量大。我們利用虛擬儀器系統開(kāi)發(fā)平臺-LabVIEW和NI支持的數字信號采集卡，編制具有友好人機交互界面的數據采集和監視VI(虛擬儀器)，可以實(shí)現陣列天線(xiàn)測試過(guò)程中的通道監視、數據采集，大大簡(jiǎn)化數字天線(xiàn)陣列的測試工作量。開(kāi)發(fā)的系統極大縮減了陣列天線(xiàn)的測試周期。

　　O 引言

　　LabvlEw是實(shí)驗室虛擬儀器集成環(huán)境(laboratory virtual instrument engineering workbench)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是美國NI公司的創(chuàng )新軟件產(chǎn)品，也是目前應用最廣、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。LabVIEW作為軟件化儀表在數據采集及控制、數據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(hù)能夠快捷方便地對各個(gè)輸入數據參數進(jìn)行即時(shí)設置和調試，程序運行結果也十分直觀(guān)。數字天線(xiàn)陣列是天線(xiàn)和數字信號處理技術(shù)結合的產(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(diǎn)，因此其在軍事和民用領(lǐng)域都得到了廣泛的應用。一般陣列天線(xiàn)校正和波瓣測量需要采集大量的數據，進(jìn)行多次循環(huán)計算，工作效率低且動(dòng)用的儀器設備眾多。

　　因此在數字陣列天線(xiàn)測試中，LabVIEW的優(yōu)勢十分明顯，它可以實(shí)現對大量通道信號同時(shí)采集和實(shí)時(shí)監控、分析等工作，這樣既節省了資源，也簡(jiǎn)化了測試過(guò)程提高了工作效率。

　　1 系統簡(jiǎn)介

　　在系統接收端，接收天線(xiàn)各單元通道將接收到的信號通過(guò)接收前端放大后，直接送到數字接收機和采集計算機。由數據采集卡對接收機輸出的I／Q信號和天線(xiàn)方位等機械參數、觸發(fā)信號進(jìn)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(xiàn)波瓣圖，系統工作過(guò)程如圖1所示。

系統圖

在測試過(guò)程中，我們采用LabVIEIW設計用戶(hù)圖形界面，負責通道監視和數據采集。LabVIEW中數據采集系統由采集硬件、硬件驅動(dòng)程序和數據采集函數等組成。安裝的硬件驅動(dòng)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，根據需要進(jìn)行硬件和軟件設置，以滿(mǎn)足采樣頻率等方面的要求。在本系統中我們采用NI公司的PCI-6534采集卡，LabVIEW通過(guò)控制數據采集卡對接收機輸出的IQ信號以及其它機械參數等進(jìn)行采集。在完成采集卡的設置后，我們就可以進(jìn)行采集和通道監控等工作了。

圖二：通道監視VI的前面板

2 通道監視

　　由于整個(gè)系統由多個(gè)通道構成，為了保證在校正過(guò)程中各個(gè)通道處于正常工作狀態(tài)，在校正開(kāi)始前我們需要對通道進(jìn)行檢查。同時(shí)，由于本系統工作頻帶位于民用通信頻帶內，為了避免民用通信信號對校正過(guò)程的影響我們也需要對外界電磁信號進(jìn)行監視。因此，通道監視是確保校正順利進(jìn)行的重要一部。圖2是通道監視VI的前面板界面，圖3是通道監視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(shí)監控和單通道觀(guān)測間切換。在該VI中，除了可以直觀(guān)監視各個(gè)通道是否正常工作外，我們還可以測量、比較各個(gè)通道功率增益的差異并完成對通道時(shí)域信號幅度、IQ信號正交度等信息的監控。

圖三：通道監視VI的框圖

　　在通道監視Ⅵ的框圖(圖3)中，我們通過(guò)COM組件法在后臺調用了MATLAB數學(xué)處理軟件。它完成的主要任務(wù)是將采集卡輸出的多個(gè)通道串行數據流按通道進(jìn)行分組，并根據需要進(jìn)行數制轉換和數據分析等工作，這些功能加快了程序運行速度，提高了該Ⅵ數據處的能力和靈活性。

　　3 外校正數據采集

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

　　3．1 串口數據采集子Ⅵ

　　為了完成外校正，在數據采集過(guò)程中必須實(shí)時(shí)獲取天線(xiàn)機械旋轉的方位。這里我們通過(guò)串口來(lái)采集天線(xiàn)機械旋轉的碼盤(pán)值，獲得天線(xiàn)實(shí)時(shí)旋轉方位。

　　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(gè)是發(fā)送、一個(gè)是接收，一個(gè)是接地。在Labview中采用的visa，首先是進(jìn)行串口設置，設置串口號，波特率，其中特別注意的是要安裝visa驅動(dòng)包，只有安裝了這個(gè)驅動(dòng)包，串口才可以選擇。

圖4和圖5是串口數據采集子VI及其框圖中(串口采集部分)。配合定北儀測量結果，通過(guò)該子VI我們可以獲得天線(xiàn)機械旋轉的實(shí)時(shí)碼盤(pán)值、天線(xiàn)方位和法線(xiàn)方位。

　　3．2 數據采集VI

　　數據采集是測試過(guò)程中最基本也是最重要的一個(gè)環(huán)節，它的前面板如圖6。在數據采集Ⅵ中我們不但可以控制采集的起止還可以通過(guò)在前面板修改參數控制采集數據的長(cháng)度，從幾十千到幾十兆都可以實(shí)現連續采集。

數據采集VI

3．3 外校正數據采集VI

　　在有了串口數據采集子VI，并結合數據采集VI，通過(guò)合理控制數據采集長(cháng)度，我們就可以最終完成外校正數據采集。圖7是外校正數據采集VI的前面板，在這里我們可以指定外校正測試的頻率和數據的存儲路徑，并可以實(shí)時(shí)監視天線(xiàn)機械旋轉的碼盤(pán)值和天線(xiàn)的法向指向，并根據實(shí)際需要隨時(shí)停止數據的采集。圖8是外校正數據采集VI的框圖。

4 結束語(yǔ)

　　通過(guò)以上幾個(gè)主要程序和其他一些輔助程序，我們完成了在天線(xiàn)測試過(guò)程中從通道監視到最后外校正數據采集一個(gè)完整的過(guò)程。本系統充分利用了LabVIEW在軟件化測量編程、數據采集方面的優(yōu)勢，提高了工作效率，縮短了工作時(shí)間，并經(jīng)過(guò)了實(shí)踐的驗證。