基于matlab的相控陣天線測試軟件設計

張孟達 楊廣玉 中國電子科技集團公司第38研究所，安徽合肥 230088

基于matlab的相控陣天線測試軟件設計

張孟達 楊廣玉 中國電子科技集團公司第38研究所，安徽合肥 230088

為了在相控陣天線測試中能夠有效控制陣元收發，快速采集、分析收發數據，測試天線方向圖，采用matlab軟件的GUI用戶界面開發了測試軟件。Matlab具有編程效率高、交互性好、工具箱功能強大的特點，因此該軟件開發周期短、可擴展性強、人機界面友好、簡單易用。采用該軟件測試相控陣天線，快捷方便、容易查錯，在很大程度上提高了工作效率。

引言

相控陣雷達天線的波束掃描比起傳統的機械掃描具有極大的優越性，使雷達的工作方式更加靈活[1][2]。因此相控陣雷達天線得到越來越廣泛的應用。相控陣天線陣元少則幾十路，多則上千路，測試每個通路的好壞及幅度相位特性成了一項浩大的工程[3]，往往需要天饋系統，接收系統以及信號處理系統之間相互協調共同完成。因此，很有必要設計一款具有控制任意一路天線陣元收發、檢測每個通路的好壞、采集數據、分析通道之間的幅相誤差以及每個通道信噪比等功能的軟件。由于該軟件需要進行復雜的數學運算，還要具有二維、三維繪圖等功能，如果用VC++6.0這樣的開發工具勢必要花費很長時間。Matlab作為一種具有科學計算、符號運算、圖形處理等多種功能的強有力工具越來越受到業界的普遍認可，其對GUI（用戶圖形接口）的支持使設計用戶界面變得非常輕松[4][5]。本文正是充分利用matlab編程靈活簡單等優勢，基于matlab設計出一款相控陣天線測試軟件。

1 相控陣天線測試系統組成

如圖1所示，該相控陣天線為有源相控陣天線，每個天線陣元都接有一個收發組件。天線前方設有探針。測試接收通道時，探針發射信號，天線單元接收；測試發射通道時，天線單元發射，探針接收。天線陣面和CPCI機箱由多路光纖連接。CPCI機箱配有一塊CPCI計算機和若干CPCI插件。CPCI插件通過光纖上傳控制字到天線陣面可以控制每路陣元的收發。每路陣元接收到的信號則通過光纖下傳到CPCI插件。 CPCI計算機可以通過CPCI總線訪問CPCI插件實現數據采集，寫控制字等功能，還可以通過路由器和其他計算機進行網絡通信。本文設計的測試軟件運行在裝有matlab的控制計算機上，控制計算機可以通過網絡和CPCI計算機進行數據交互。接收到的數據可以隨時保存、載入。并且可以利用matlab豐富的工具箱進行各種分析，分析的結果可以用于接收或發射校正，也可以進行收發天線方向圖測試等。

圖1 相控陣天線測試系統示意圖

2 測試軟件需求分析

2.1 發送控制字

相控陣天線測試軟件需要發送UDP包通知CPCI計算機當前工作模式，以及各種工作參數。CPCI計算機轉發這些參數到CPCI插件，進而CPCI插件通過光纖控制天線陣元進行各種操作，比如單路收發，或全部收發或單路依次收發等。

2.2 采集數據

天線接收通道的數據通過光纖下傳至CPCI插件，CPCI計算機可以通過CPCI總線訪問任意一塊CPCI插件。相控陣天線測試軟件通知CPCI計算機當前需要采集的數據類型，以及哪塊插件的數據等。CPCI計算機收到命令后會把相應數據打包，通過UDP協議發送給控制計算機。

2.3 分析數據

相控陣天線測試軟件需要將收到的數據進行各種分析，比如分析單路的頻率，信噪比，不同通路之間的幅相誤差，補償幅相誤差、做DBF（數字波束形成）、測試收發天線方向圖等。

3 測試軟件具體設計

3.1 用戶界面

一，用戶界面應設置不同按鈕來進行各種操作，比如發送控制字、數據采集、FFT分析、I、Q正交性分析、通道幅相誤差分析等。二，應該給用戶提供輸入參數的編輯框以及選擇不用工作模式的下拉菜單、單選框等。比如選擇光纖號、通道號、單次采樣還是連續采樣等。三，界面提供畫圖窗口，可以繪制各種圖形，包括原始I、Q信號，FFT輸出、圓圖、通道幅相誤差等。四，軟件設計了系統菜單：“文件”菜單包括“保存數據”、“裝載數據”、“保存圖片”、“打開圖片”等子菜單；“編輯”菜單下可以對圖形進行放大、縮小、旋轉、標注、刪除等操作；“工具”菜單提供一個測試網絡連接是否正常的小工具；幫助菜單提供該軟件的幫助文檔，介紹了軟件的操作方法。設計好的用戶界面如圖2所示。

圖2 軟件界面

3.2 核心功能

該軟件的功能可以劃分為網絡通信功能和數據分析功能。網絡通信主要依靠matlab提供的UDP接口來完成。很多人對VC6.0、JAVA 等環境下的sokect編程比較熟悉，對matlab網絡編程不是很了解。其實matlab下的網絡編程更加方便、簡單。下面給出創建客戶端和服務端的編程實例：

客戶端：udpClient = udp('192.168.62.1',4000);%% 創建UDP對象，設置IP地址和發送端口

數據分析功能則利用matlab豐富的函數，例如FFT等進行信號處理運算的函數，fopen、fread等文件操作函數以及plot、mesh等繪圖函數。這些對于具有matlab編程經驗的人來說應該很熟悉了，這里不再贅述。

4 結語

鑒于相控陣天線測試工作量巨大，為了提高工作效率，本文基于matlab設計出一款簡單、易用的相控陣天線測試軟件。該軟件在工作中已經為筆者節省了不少時間。該軟件利用了matlab方便運算、繪圖等優勢，開發周期很短，但其必須在matlab環境下運行，移植性差、代碼執行效率低是其不足之處。相比而言，該軟件優點更加明顯，不失為一種操作方便、界面友好的測試工具。

[1] 張光義.相控陣雷達系統[M].北京:國防工業出版社.1994

[2] 張賢達.現代信號處理[M].北京:清華大學出版社,1995

[3] 袁立.相控陣天線自動測試系統的搭建[J].微波學報.2010.(S1)

[4] 李顯宏.MATLAB7.X界面設計與編程技巧[M].北京:電子工業出版社.2006

[5] 張志涌.精通MATLAB6.5版[M].北京:航空航天大學出版社.2003

Design Of Phased Array Antenna Measuring Software Based On Matlab

ZHANG Mengda YANG Guangyu No.38 Research Institute of CETC,Hefei 230088,China

Inoder to measure the Phased Array Antenna effectively,software based on matlab GUI is designed.Matlab is a software develop entironment that have good interface and many toolboxes.So the software based on matlab is easy to design and easy to use.That saves lots of time on Phased Array Antenna measurement.

matlab ;GUI 相控陣天線

TN955

matlab;GUI Phased Array Antenna

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.070