基于并口通信的多模式波束控制软件设计与应用

0 引 言

雷达是重要的信息获取设备，是各种先进的作战平台和指挥控制系统的耳目，在国防建设、经济建设、科学研究中应用广泛并获得了持续发展[1]。相控阵雷达利用电子技术控制阵列天线各辐射单元的馈电相位来改变波束方向以实现电扫描[2]。相控阵雷达波束指向和波束形状具有快速变化的能力，因此，相控阵雷达的性能可得到很大提高，工作方式可以增加，便于实现多种雷达功能，在工作环境与工作目标变化情况下，使雷达具有很强的自适应能力[1]。

波束控制系统通过发送每一个天线单元上移相器的波控码来控制阵列天线的波束指向。波束控制系统是有源相控阵雷达系统所特有的，它取代了传统机械扫描雷达中的伺服扫描设备。天线无需转动可使天线波束快速扫描，避免了机械惯性的影响，有源相控阵雷达缩短了控制反应时间，扫描速度显著提高，波束控制更加灵活[2]。

由于波束控制系统在有源相控阵雷达中的重要性，工程师们对于波束控制的设计与实现也投入了很大的精力。根据不同的功能需求、硬件平台、通信方式、控制模式，已经出现了很多优秀的实践，如：毫米波有源相控阵雷达波束控制系统[2]、基于现场可编程门阵列(FPGA)的相控阵雷达波束控制系统[3]，基于VxWorks的有源相控阵雷达波束控制系统[4]。

现有的波束控制系统大多针对整个有源相控阵系统，满足天线整体波束控制的需求。相控阵雷达各T/R组件由于加工、制造以及元器件参数等方面原因,造成各通道的幅度相位的不一致,这就要求测试时先要对各通道幅相误差进行校正。校正时，由于T/R组件各通道间控制性能的差异与天线单元间互耦的影响，很难一次完成各通道幅相误差校正，就需要再次进行微调。常用的波束控制系统，需要进行校正算法设计，对于有源相控阵系统集成调试的适用性不强。通过本文中开放的波束控制软件界面，可手动输入波束控制码，方便测试人员根据校正后的幅相误差进行进一步的调整，达到快速测试的目的。为了同时满足有源相控阵天线的通道测试需求、单元测试需求和系统测试需求，本文设计的基于并口通信的多模式波束控制软件实现了对有源相控阵天线不同层级的控制。

90例妇科急腹症患者资料通过SPSS19.0软件校正处理，三组诊断率对比用率（%）的形式表示，行卡方检验，组间对比判定为P＜0.05的差异性则统计学意义存在。

1 系统构成

本文中的有源相控阵天线包含32个T/R组件，每个T/R组件有8个通道，一共256个有源通道。所设计的波束控制系统由波束控制计算机、波束控制板组成。如图1所示，其中波束控制软件运行在波束控制计算机上，通过波束控制计算机的并口与波束控制板连接。波束控制板连接T/R组件，控制T/R组件每个通道的发射移相、接收移相、发射衰减、接收衰减、使能及发射状态、工作模式、脉宽和周期。

有源相控阵天线波束扫描的快速与灵活性,使相控阵雷达具有机械扫描雷达所不能实现的多样性和灵活性,而且自适应能力强。有源相控阵天线波束的这些特性是通过波束控制系统来实现的。

  

图1 波束控制系统框图

2 系统实现

2.1 波束控制软件界面介绍

并口通讯已广泛应用于计算机领域[5]。人们利用计算机并口进行数据采集[6]，实现实时中断控制[7]，产生雷达波形[8]，实现轨迹控制[9]，进行数控系统的开发[10]。

  

图2 波束控制软件界面

2.2 并口通信

如图2所示，波束控制软件界面包含通道选择(每个T/R组件有8个通道可选)、组件码值(发射移相、接收移相、发射衰减、接收衰减)及状态(发射、衰减、负载)输入、工作模式选择(正常工作、连续接收、脉冲发射)、脉宽和周期设置、读取文件等。

在目前的Windows XP/Windows 7操作系统下，不能直接对端口寄存器进行访问，这是由于Windows XP/Windows 7对系统底层操作采取了屏蔽的策略，对用户而言，系统变得更为安全，但这却给接口和接口软件开发人员带来了不小的困难，因为只要应用程序中涉及到底层的操作，开发人员就不得不深入到Windows的内核去编写属于系统级的设备驱动程序。对并口的读写操作就是如此，由于Windows对系统的保护，应用程序不允许直接I/O操作[11]。

本文中设计和实现的波控软件要满足天线单通道测试、天线性能测试和天线多波束自动扫描多方面的需求，因此，在软件设计中考虑软件需要具备多模式控制能力：第1种单通道测试模式，通过波束控制软件可以单独对每一组件的任意通道进行控制；第2种天线性能测试模式，对天线所有通道同时进行控制；第3种天线多波束模式，实现天线多波束自动扫描。

约90%的学生对文化导入的内容感到满意；访谈中部分受访学生提出在文化导入时应更多地对汉英文化进行对比，认为这种方式对学习和记忆最为有效。

WinIO驱动库由Yario Kaplan编写，共包含5个文件：WinIo.h、WinIo.lib、WinIo.vxd、WinIo.sys和WinIo.dll。如图3所示，介绍了新建软件工程后，WinIO驱动库的使用步骤。

本文中设计的波控软件通过调用第三方IO接口驱动库WinIO中的I/O端口读写函数实现对并口寄存器的读写。

  

图3 WinIO驱动库使用流程图

完成这5步工作，就可以在工程程序中绕过Windows的安全限制访问并口了。

一是认真做好《意见》的宣贯工作。面向全社会广泛持久深入地宣传《意见》，提高社会各界对实行最严格水资源管理制度的认识，增强贯彻落实自觉性。制定《意见》实施方案和任务分工，细化工作任务，明确目标要求，落实责任主体。

调用WinIO驱动库中读写端口的函数GetPortVal和SetPortVal可实现发送和接收并口数据。具体使用方法见参考文献[11]。

第一，外校考入本校研究生在本科阶段只学习了工程热力学和传热学等基本课程，缺乏对燃气轮机专业知识的学习，导致入学之后学习我校研究生课程存在一定的困难，在课程结束之后也很难进入研究课题。第二，研究生入学后，以导师研究方向选择相应的课程和开展相关课题研究，学生毕业之后只熟悉自己的研究领域，不了解燃气轮机其他研究方向的内容。燃气轮机的设计是一个团队协作的工作，因此很难有效开展研究。第三，缺乏系统深入的了解，燃气轮机整体性能知识储备不足，不能满足研究生阶段及其参加工作后对于燃气轮机系统分析的需要。

波束控制软件的单通道测试模式介绍：当对某一T/R组件的某一特定通道进行测试时，如测试T/R组件10的通道4的发射态性能时，则勾选通道4，同时勾选组件10对应的使能与发射；若测试T/R组件10的通道4的接收态性能时，则勾选通道4，同时勾选组件10对应的使能。此外，该功能支持对多个T/R组件的某一特定通道进行测试，如测试组件10、16、18、32的通道3的发射态性能时，则勾选通道3，同时勾选组件10、16、18、32对应的使能与发射；若测试它们的接收态性能时，则勾选通道3，同时勾选组件10、16、18、32对应的使能。使用单通道测试模式时，发送码值中只有对应组件勾选的通道数据有效。

2.3 多模式控制

在有效靶点处消融时，可出现短暂的加速室早或发生室早成串出现的现象，若持续放电，则该现象消失。若消融无效，则需要作更进一步的详细标测，但不宜进行大范围消融。

重量控制系统基本原理是根据烟支实时重量，对平准盘高度进行调节来控制烟支重量，是一种典型的滞后控制系统。系统采用PID控制算法进行控制。

本波束控制软件通过计算机并口向波控板发送码值，实现对组件的控制。组件的数据协议如表1所示。

 

表1 数据协议

  

序号数据定义序号数据定义1字头16’Hbc23通道3发射移相2字头16’H1c24通道3发射衰减3组件号25通道4接收移相4工作模式26通道4接收衰减5脉宽[15∶8]27通道4发射移相6脉宽[7∶0]28通道4发射衰减7周期[23:16]29通道5接收移相8周期[15∶8]30通道5接收衰减9周期[7∶0]31通道5发射移相10备用32通道5发射衰减11备用33通道6接收移相12备用34通道6接收衰减13通道1接收移相35通道6发射移相14通道1接收衰减36通道6发射衰减15通道1发射移相37通道7接收移相16通道1发射衰减38通道7接收衰减17通道2接收移相39通道7发射移相18通道2接收衰减40通道7发射衰减19通道2发射移相41通道8接收移相20通道2发射衰减42通道8接收衰减21通道3接收移相43通道8发射移相22通道3接收衰减44通道8发射衰减

天线性能测试模式介绍：测试天线发射态性能时，点击读取发射移相文件、读取接收移相文件、读取接收衰减文件，勾选256通道全使能和256通道全发射，点击发送码值；测试天线接收态性能时，点击读取发射移相文件、读取接收移相文件、读取接收衰减文件，勾选256通道全使能，点击发送码值。使用天线性能测试模式时，逐一发送32个组件的所有通道码值。

天线多波束自动扫描模式介绍：直接点击多波束自动扫描按钮，天线便按照预先存储的多个波控文件自动完成扫描。根据波控文件自动生成码值，多个波控文件生成多组码值，按顺序向波控板发送，实现多波束自动扫描。

3 软件应用

在某雷达试验阵天线测试过程中，使用本文设计的波束控制软件对一含有256个通道的有源相控阵天线进行校正和微调，可以达到期望的结果。

图4是天线阵各通道基态相位测试结果，相位均值约为-113°。选择波束控制软件的第1种工作模式——单通道测试模式，对各通道进行第1次校正，校正时各通道相位以基态与均值-113°差值做通道移相，得到第1次校正测试结果，如图5实线所示。可以看出，由于各通道间存在移相误差，一次校正结果未满足要求，需要微调。第2次校正针对偏离基态相位均值的各通道进行微调，微调时，在操作界面中同时勾选需要微调的通道，调整通道移相值，再次测试得到如图5虚线所示测试结果。

  

图4 天线阵各通道基态相位测试结果

  

图5 天线阵各通道一次校正与微调后相位测试结果

2次测试后，完成有源相控阵天线全部256通道的相位校正，相位值在均值-113°附近呈随机分布，满足移相误差要求。

有源相控阵天线通道校正通常占用测试的绝大部分工作量，校正完成后即可切换至其他工作模式完成天线各项性能测试。由天线校正测试过程可以看出，本软件操作简便，校正快捷，有利于提高相控阵天线的测试效率。

4 结束语

采用本文中的基于并口通信的多模式波束控制软件，满足了项目中相控阵天线单元校正和微调的需求，在天线测试中发挥了重要作用。软件同时具备天线性能测试模式和天线多波束模式，实现了对天线所有通道同时进行控制和天线多波束自动扫描功能。

参考文献

[1] 张光义.相控阵雷达原理[M].北京：国防工业出版社,2009.

[2] 李祥荣.毫米波有源相控阵雷达波束控制系统的设计与应用[J].电视技术,2009,49(1):77-80.

[3] 车明阳.基于FPGA的相控阵雷达波束控制系统设计[D].长春：长春理工大学,2014.

[4] 刘浩,陈之涛.基于VxWorks 的有源相控阵雷达波束控制系统设计[C]//全国第21届计算机技术与应用学术会议暨全国第2届安全关键技术与应用学术会议论文集,2010:305-309.

[5] 高光元.计算机并行口EPP协议的应用[J].信息技术,2007(8):43-44.

[6] 张修军,古沐松,聂莉莎.Windows XP操作系统下ECP模式并口数据采集设计与实现[J].成都大学学报,2008,27(3):223-225.

[7] 米乾宝.基于RTX的并口实时中断控制系统[J].测控技术,2009,28(2):65-67.

[8] 张晋华.通过计算机并口控制AD9858的雷达信号波形产生器设计[J].信息通信,2012(4):73.

[9] 王浩，江卫华，余睿民，李涵嫣.计算机并口在轨迹控制系统中的应用[J].武汉工程大学学报,2011,33(12): 85-88.

[10] 黄坚,宋丽蓉.一种基于Windows 和PC 机并口的数控系统的开发[J].控制与检测,2005(2):71-73.

[11] 从零开始学习C++6.0之并口控制[EB/OL].2016-12-18.http://blog.csdn.net.