基于虛擬儀器的數字陣列天線測試

　　摘要：在現代雷達和民用通訊領域，數字陣列天線是當前的一大研究熱點。但是陣列系統的多天線單元和多收發通道必然帶來陣列系統的誤差。所以，天線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發平臺-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)，可以實現陣列天線測試過程中的通道監視、數據采集，大大簡化數字天線陣列的測試工作量。開發的系統極大縮減了陣列天線的測試周期。

　　O 引言

　　LabvlEw是實驗室虛擬儀器集成環境(laboratory virtual instrument engineering workbench)的簡稱，是美國NI公司的創新軟件產品，也是目前應用最廣、發展最快、功能最強的圖形化軟件集成開發環境。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，用戶能夠快捷方便地對各個輸入數據參數進行即時設置和調試，程序運行結果也十分直觀。數字天線陣列是天線和數字信號處理技術結合的產物，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點，因此其在軍事和民用領域都得到了廣泛的應用。一般陣列天線校正和波瓣測量需要采集大量的數據，進行多次循環計算，工作效率低且動用的儀器設備眾多。

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

　　1 系統簡介

　　在系統接收端，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信號和天線方位等機械參數、觸發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，系統工作過程如圖1所示。

系統圖

在測試過程中，我們采用LabVIEIW設計用戶圖形界面，負責通道監視和數據采集。LabVIEW中數據采集系統由采集硬件、硬件驅動程序和數據采集函數等組成。安裝的硬件驅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，根據需要進行硬件和軟件設置，以滿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行采集。在完成采集卡的設置后，我們就可以進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

　　由于整個系統由多個通道構成，為了保證在校正過程中各個通道處于正常工作狀態，在校正開始前我們需要對通道進行檢查。同時，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程的影響我們也需要對外界電磁信號進行監視。因此，通道監視是確保校正順利進行的重要一部。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監控和單通道觀測間切換。在該VI中，除了可以直觀監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COM組件法在后臺調用了MATLAB數學處理軟件。它完成的主要任務是將采集卡輸出的多個通道串行數據流按通道進行分組，并根據需要進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

　　在確定各個通道都處于正常工作狀態，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 串口數據采集子Ⅵ

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

　　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，一個是發送、一個是接收，一個是接地。在Labview中采用的visa，首先是進行串口設置，設置串口號，波特率，其中特別注意的是要安裝visa驅動包，只有安裝了這個驅動包，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，通過該子VI我們可以獲得天線機械旋轉的實時碼盤值、天線方位和法線方位。

　　3．2 數據采集VI

　　數據采集是測試過程中最基本也是最重要的一個環節，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在前面板修改參數控制采集數據的長度，從幾十千到幾十兆都可以實現連續采集。

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，通過合理控制數據采集長度，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，并可以實時監視天線機械旋轉的碼盤值和天線的法向指向，并根據實際需要隨時停止數據的采集。圖8是外校正數據采集VI的框圖。

4 結束語

　　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視到最后外校正數據采集一個完整的過程。本系統充分利用了LabVIEW在軟件化測量編程、數據采集方面的優勢，提高了工作效率，縮短了工作時間，并經過了實踐的驗證。