根据虚拟仪器RailSAR测控体系的完成

计划总述:
　　轨迹合成孔径雷达（ＲａｉｌＳＡＲ）是一个十分杂乱的成像雷达体系，由功用不同的几个子体系组成，包含雷达渠道的运动操控，雷达回波的收集、传输和存储，雷达方位的盯梢丈量以及雷达数据的成像处理等。ＲａｉｌＳＡＲ的体系结构如图１所示，其间步进电机完结雷达渠道的步进运动，数字存储示波器完结雷达回波的数据选取，经纬仪盯梢丈量雷达天线的３维坐标。ＲａｉｌＳＡＲ是一个自动化程度很高的丈量体系，其经过核算机软件，完结对各种不同仪器设备和雷达数据的灵敏操控和处理。
　　运用虚拟仪器体系的概念来结构特定的丈量体系是一个发展趋势。虚拟仪器体系运用各种设备驱动程序和有用软件包，可以完结对各种设备的编程操控，完结数据的收集、传输和剖析处理。本文介绍依据虚拟仪器体系概念规划的ＲａｉｌＳＡＲ测控体系的完结进程。
１ 体系开发渠道
　　虚拟仪器体系是现代核算机技能和传统仪器技能相结合的产品，它运用核算机强壮的操控功用，经过软件编程，将各种不同的仪器灵敏地组合在一起，构成一个完结某种特定功用的体系。软件是虚拟仪器体系的中心，特别是设备驱动程序构成了虚拟仪器体系软件的根底。现在国内外运用较为广泛的虚拟仪器开发渠道是ＮＩ公司的ＬａｂＶＩＥＷ和ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ，ＲａｉｌＳＡＲ体系运用的是ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ。
　　ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ是一种面向对象的可视化编程环境，以ＡＮＳＩＣ为中心，以各种丰厚的库函数为根底，为仪器操控、自动测试和数据收集运用供给了一个功用强壮的开发渠道。ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ运用程序的结构首要由四部分组成：①用户接口；②程序操控；③数据收集；④数据剖析。ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ的强壮功用首要依赖于它的各种库。关于用户接口，它供给了面板、菜单、按钮等用户接口库，运用户可以简略便利地作出程序界面。关于数据收集，它供给了仪器库、ＧＰＩＢ库、ＲＳ－２３２库、ＶＩＳＡ库以及ＶＸＩ库等，运用接口函数可以完结对各种仪器的灵敏操控。关于数据剖析，它供给了格局化Ｉ／Ｏ库、剖析库以及高档剖析库，可以快速地完结各种算法，还可以用用户接口库完结数据的各种表明。
２ ＲａｉｌＳＡＲ测控体系的完结
　　ＲａｉｌＳＡＲ在轨迹上做等间隔的步进运动，每步进一次，就要进行一次雷达回波丈量和天线方位丈量，将丈量数据以文件方法存入硬盘，丈量完毕后进行数据的成像处理。ＲａｉｌＳＡＲ体系需求主机经过各种不同的接口，完结对不同仪器的操控：经过ＧＰＩＢ接口操控示波器，经过并口操控步进电机，经过串口操控经纬仪。ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ供给了丰厚的接口函数，可以便利地完结这些操控。ＲａｉｌＳＡＲ数据处理最首要的特性是算法杂乱、数据量大。ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ的剖析库供给了许多用Ｃ言语编写的老练的信号处理的函数，可以迅速地生成高效的数据处理的运用程序，到达ＲａｉｌＳＡＲ数据处理的要求。
２.１ 雷达数据选取
　　ＲａｉｌＳＡＲ正交解调接纳机输出的Ｉ、Ｑ两路信号，由数字存储示波器进行收集。ＲａｉｌＳＡＲ的脉冲重复频率为２ｋＨｚ，每个雷达回波的数据挨近１ＭＢ，总数据量高达几百ＭＢ。所以ＲａｉｌＳＡＲ的数据选取具有高速、大容量的特色，要求主机经过高速接口将数据从示波器传输到主机的大容量硬盘。经过接口总线（ＧＰＩＢ）的高速数据传输才能可以满意ＲａｉｌＳＡＲ数据选取的要求。
　　ＧＰＩＢ是操控器和可编程仪器之间通讯的一种总线协议，也称为ＩＥＥＥ ４８８规范，因为其运用简略，数据传输速率高，因此遭到广泛地运用。ＧＰＩＢ的数据传输速率高达１ＭＢ／ｓ，新的规范现已将传输速率进步到了８ＭＢ／ｓ。主机经过ＧＰＩＢ接口总线和示波器衔接，发送指令操控示波器的收集、传输和存储。
　　ＲａｉｌＳＡＲ体系选用的是ＮＩ公司的ＰＣＩ插槽的ＧＰＩＢ操控卡，示波器选用的是Ｔｅｋｔｒｏｎｉｃｓ公司的ＴＤＳ５８０Ｄ。ＧＰＩＢ卡及其驱动程序有必要满意ＩＥＥＥ ４８８规范，最新版别的规范是ＩＥＥＥ ４８８．２。ＩＥＥＥ ４８８．２规范界说了ＧＰＩＢ仪器操控的通用指令及格局，例如读写指令ＩＢＲＤ和ＩＢＷＲＴ的参数个数及类型，而指令的具体内容则依据仪器的不同而不同，由仪器的生产厂家供给。 ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ供给了丰厚的ＧＰＩＢ／ＧＰＩＢ ４８８．２库，包含翻开和封闭设备、读写数据等函数面板，可以很便利地调用及输入参数。
２.２ 雷达运动操控
　　为了获取比较好的成像成果，ＲａｉｌＳＡＲ要求天线渠道做准确的等间隔直线运动。运动的直线性由轨迹的平直度确保，等间隔运动由高精度的步进电机完结。步进电机的运动是由脉冲操控的，脉冲的宽度决议一个步长的巨细，即一步所滚动的视点，脉冲的频率决议滚动的速度。步进电机驱动器有三根操控线：一根脉冲线，输出恰当占空比和频率的矩形脉冲，操控步进的巨细和频率；一根方向线，操控运动的方向是正向仍是反向；还有一根脱机线，用来维护步进电机。
　　主机选取并口的低３位信号线操控步进电机，并口地址为０ｘ３７８。ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ的Ｕｔｉｌｉｔｙ库供给了ＩＮＰ和ＯＵＴＰ两个函数，用于从端口读和向端口写一个字节。步进电机的方向线和脱机线都是经过电平操控的，经过置位和复位就可以完结方向和脱机操控。脉冲线的矩形脉冲则是经过重复置位和复位来完结的。因为脉冲频率为１ｋＨｚ，每一个脉冲凹凸电平的持续时刻很短，只要０．５ｍｓ，运用常用推迟函数难以满意要求，所以咱们选用了Ｆｏｒ循环来完结这种短时刻推迟。步进电机关于发动、平稳运转和制动时的脉冲频率的要求是不同的，这便是步进电机的升降速曲线。在发动时，要求脉冲频率由低到高并逐步过渡到平稳运转时的固定频率；在制动时，也要求脉冲频率逐步下降，直到中止。咱们经过动态地改动Ｆｏｒ循环的停止条件，完结了步进电机的升降速曲线。
２.３ 雷达坐标丈量
　　抱负的ＲａｉｌＳＡＲ运动是等间隔的直线运动。可是因为轨迹平直度的差错以及等间隔运动的差错，ＲａｉｌＳＡＲ的实践运动总是违背抱负情况。运动差错直接影响着ＲａｉｌＳＡＲ回波的多普勒信号的相位和起伏，从而使脉冲紧缩发生畸变，下降了ＲａｉｌＳＡＲ图画的质量，所以运动补偿是必不可少的。ＲａｉｌＳＡＲ选用经纬仪盯梢天线的运动，取得运动补偿的数据。
　　经纬仪放置在轨迹的一端，反射器安装在天线邻近。经纬仪依据反射器二极管的可见光盯梢天线，经过丈量发射和接纳激光的时刻核算斜矩，经过伺服体系在水平缓笔直方向的滚动承认水平缓笔直角。经纬仪有本地和遥控两种操控方法，ＲａｉｌＳＡＲ选用后一种方法。主机经过串口和经纬仪通讯，发送指令和读取丈量成果。
　　ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ的ＲＳ－２３２库供给了一整套通讯函数，可以很便利地完结主机和经纬仪的衔接。为了确保操控的可靠性，经纬仪关于主机发送的每一条指令，都会有承认字来承认指令现已被正确接纳或履行。主机首要发送持续时刻１秒的Ｂｒｅａｋ指令来长途发动经纬仪，然后设置操控方法为遥控，丈量形式为盯梢方法，查找并锁定目标，使经纬仪盯梢雷达的运动。每步进一次，主机就宣布丈量指令，指示经纬仪丈量雷达的水平角、笔直角和斜距，主机读取雷达坐标，存入数据文件。
２.４ 雷达数据处理
　　ＲａｉｌＳＡＲ主机选用一台ＰＩＩ４００台式机，不只要完结雷达运动操控、数据选取，还要背负数据处理的使命。ＲａｉｌＳＡＲ的数据处理首要分为４个部分：体系补偿、间隔向脉冲紧缩、运动补偿、方位向脉冲紧缩或成像处理。ＲａｉｌＳＡＲ数据处理的算法杂乱，数据量大，给数据处理带来了很大的难度。ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ的高档剖析库供给了许多信号处理、矩阵运算、图画处理等方面的函数。这些函数都是已被证明了的老练算法，就如Ｍａｔｌａｂ的工具包相同，可以协助用户便利迅速地完结信号处理的算法。并且因为这些函数是用Ｃ言语编写的，履行功率比Ｍａｔｌａｂ要高许多倍。ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ的用户接口库供给的许多曲线和图画显现的函数，可以十分便利地将ＲａｉｌＳＡＲ成果显现出来。
　　虚拟仪器体系是现代测控技能的发展方向，它经过核算机软件，可以对丈量仪器自由组合，完结用户特定的丈量使命。ＲａｉｌＳＡＲ是一个杂乱的测控体系，需求各种仪器和谐作业，完结特别的丈量要求。本文运用虚拟仪器体系的概念，开发了ＲａｉｌＳＡＲ的测控软件体系，完结了ＲａｉｌＳＡＲ的丈量要求。