專利名稱：一種二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息獲取與處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種高級二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)控制方法，本發(fā)明方法應(yīng)用于高級二維軌道掃描成像觀測(ASTRO)系統(tǒng)的控制，通過 ASTRO硬件及ASTRO系統(tǒng)控制軟件控制實現(xiàn)可控、重復(fù)性微波成像實驗。
背景技術(shù)：
高級二維軌道掃描成像觀測(ASTROAdvanced Scannable Two-dimensional Rail Observation)系統(tǒng)以地面、建筑物、地面交通工具等為安裝平臺，在平臺上設(shè)置剛性軌道，并通過天線沿水平機械軌道或垂直軌道的掃描實現(xiàn)孔徑合成，沿水平軌道的掃描實現(xiàn)方位向分辨，沿垂直軌道的掃描實現(xiàn)垂直向空間分辨。它是機載合成孔徑雷達(SAR)和星載SAR的有效補充形式，可以用于微波成像的新理論和新技術(shù)的實驗驗證平臺，通過它可以實現(xiàn)可控、重復(fù)性的微波成像實驗，以實驗和理論結(jié)合的方式開展微波成像散射機理、 成像體制以及信號處理等相關(guān)問題的研究。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)控制方法，以實現(xiàn)對高級二維軌道掃描成像觀測(ASTRO)系統(tǒng)的控制，實現(xiàn)可控重復(fù)性微波成像實驗。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)控制方法，通過設(shè)備接口對一個或多個設(shè)備進行協(xié)調(diào)和同步控制，實現(xiàn)各設(shè)備之間的通信和同步，獲取測量數(shù)據(jù)，并進行測量數(shù)據(jù)的傳輸與存儲；其包括步驟如下步驟S21 進入“登錄”模塊，用戶登錄，驗證用戶身份；步驟S22:進入“啟動系統(tǒng)”模塊，啟動各項硬件設(shè)備，并進行軌道運動設(shè)備、信號收發(fā)設(shè)備、天線設(shè)備、開關(guān)設(shè)備、轉(zhuǎn)臺設(shè)備和位置測量設(shè)備中一個或多個設(shè)備的初始化；步驟S23 進入“參數(shù)設(shè)置”模塊，接收用戶所設(shè)置的參數(shù)，并新建參數(shù)文件保存用戶所設(shè)置的參數(shù)，參數(shù)文件中包括數(shù)據(jù)采集所需設(shè)備，采集參數(shù)和文件存放位置；步驟S24 進入“數(shù)據(jù)采集”模塊，讀取步驟S23中的參數(shù)文件，通過ASTRO系統(tǒng)控制指令進行天線設(shè)備運動、信號產(chǎn)生、發(fā)射信號、接收信號、傳輸數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)。所述的二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)控制方法，其所述對各項設(shè)備的協(xié)調(diào)和同步控制，是指在“數(shù)據(jù)采集”模塊的執(zhí)行過程中，協(xié)調(diào)和同步控制各項設(shè)備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，具體步驟如下步驟S31 “數(shù)據(jù)采集”模塊根據(jù)用戶設(shè)置參數(shù)計算得到天線設(shè)備在二維軌道平面上開始發(fā)射信號和接收信號時的運動軌跡上的離散坐標點；步驟S32 “數(shù)據(jù)采集”模塊向軌道運動設(shè)備的運動控制卡發(fā)送運動指令，根據(jù)“設(shè)置參數(shù)”模塊設(shè)置的數(shù)據(jù)采集模式，運動控制卡接收運動指令后控制天線設(shè)備運動到指定位置，運動控制卡向“數(shù)據(jù)采集”模塊反饋位置到達信號；
步驟S33 “數(shù)據(jù)采集”模塊接收步驟S32中的位置到達信號，并向信號收發(fā)設(shè)備發(fā)送信號收發(fā)指令，信號收發(fā)設(shè)備接收信號收發(fā)指令，進行一次信號的發(fā)射和接收，接收到的測量數(shù)據(jù)包括天線設(shè)備在軌道上的位置數(shù)據(jù)和天線的接收信號；若測量數(shù)據(jù)接收成功， 向“數(shù)據(jù)采集”模塊反饋成功信號；若測量數(shù)據(jù)接收不成功，向“數(shù)據(jù)采集”模塊反饋失敗信號；步驟S34 “數(shù)據(jù)采集”模塊接收步驟S33的反饋信號，若為成功信號，向運動控制卡發(fā)送指令，軌道繼續(xù)運動；若為失敗信號，終止程序，退出“數(shù)據(jù)采集”模塊；步驟S35 循環(huán)執(zhí)行步驟S32-S34，直到天線設(shè)備在步驟S31中所有的離散坐標點位置上的信號收發(fā)成功。所述的二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)控制方法，其所述步驟S22中的一個或多個設(shè)備的初始化，是采用傳遞參數(shù)的方式與設(shè)備通信進行測試，即采用獲取設(shè)備用戶變量的方式進行一個或多個設(shè)備的通信測試，包括步驟如下步驟S41 “啟動系統(tǒng)”模塊向一個或多個設(shè)備寫入相應(yīng)的用戶變量集f (α”…， αη, "·αΝ)，其中，α η表示ASTRO系統(tǒng)控制方法定義的第η設(shè)備的用戶變量，η e [Ι,Ν], N表示ASTRO系統(tǒng)控制方法所能控制的最大設(shè)備數(shù)目；步驟S42 “啟動系統(tǒng)”模塊從相應(yīng)設(shè)備中讀取反饋的設(shè)備用戶變量集…， βω)，其中，β m表示第m設(shè)備反饋的用戶變量，m e [Ι,Ν]；步驟S43:“啟動系統(tǒng)”模塊比較寫入的f(Ql，…，αη,…α Ν)和設(shè)備反饋的變量…，β m)，若所有用戶變量均有反饋，且符合設(shè)定的判斷條件，則判定所有設(shè)備通信成功；若只有部分用戶變量反饋，且符合設(shè)定的判斷條件，則只有相應(yīng)的部分設(shè)備通信成功，設(shè)定的判斷條件為相等和數(shù)學運算。所述的二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)控制方法，其所述“啟動系統(tǒng)”模塊、“參數(shù)設(shè)置”模塊和“數(shù)據(jù)采集”模塊中，對軌道運動設(shè)備和轉(zhuǎn)臺設(shè)備的控制采用兩種坐標系在“啟動系統(tǒng)”模塊中，設(shè)置軌道運動設(shè)備和轉(zhuǎn)臺設(shè)備的絕對坐標系，并設(shè)置運動軌跡的原點0 ；在 “參數(shù)設(shè)置”和“數(shù)據(jù)采集”模塊中，若控制軌道運動設(shè)備，設(shè)置相對原點0的直角坐標系，若控制轉(zhuǎn)臺設(shè)備，設(shè)置相對原點0的圓柱坐標系或球坐標系；若同時控制軌道運動設(shè)備和轉(zhuǎn)臺設(shè)備，設(shè)置相對原點0的直角坐標系、圓柱坐標系或球坐標系。所述的二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)控制方法，其所述“數(shù)據(jù)采集”模塊，控制天線設(shè)備或轉(zhuǎn)臺設(shè)備的運動方向和速度，控制天線在軌道運動設(shè)備的二維軌道平面內(nèi)進行直線、折線、圓周、橢圓、多項式曲線以及用戶設(shè)定軌跡的運動，或控制轉(zhuǎn)臺的勻速圓周運動、 加速圓周運動和變速圓周運動，并在界面上顯示坐標軸的位置、運動方向、速度和跟蹤誤差。所述的二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)控制方法，其所述步驟S32中的數(shù)據(jù)采集模式，包括“靜止”、“走停走”和“走走”三種模式，其中，“靜止”模式下，天線設(shè)備相對軌道運動設(shè)備保持靜止；“走停走”模式下，天線設(shè)備和信號收發(fā)設(shè)備通過ASTRO系統(tǒng)控制指令進行同步，天線在運動軌跡上的離散坐標點進行信號收發(fā)，信號收發(fā)期間，軌道運動設(shè)備或轉(zhuǎn)臺設(shè)備停止運動，停止時間為Δ T1，信號收發(fā)完畢后，天線繼續(xù)運動；“走走”模式下，天線設(shè)備和信號收發(fā)設(shè)備通過ASTRO系統(tǒng)控制指令進行同步，信號收發(fā)期間，軌道運動設(shè)備或轉(zhuǎn)臺仍然保持運動，每兩個離散坐標點之間的采樣時間為Δ Τ2。
所述的高級二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)控制方法，其所述信號收發(fā)設(shè)備，包括頻 率生成器、混頻器、射頻放大器、帶通濾波器、低噪聲放大器和中頻放大器，在ASTRO系統(tǒng)控 制方法的控制下，產(chǎn)生不同頻率、不同功率的信號，并接收觀測場景所反射回來的信號。所述的二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)控制方法，其所述測量數(shù)據(jù)，在“數(shù)據(jù)采集”模 塊中采用圖形界面實時或準實時顯示。顯示的內(nèi)容包括天線設(shè)備在二維平面中的坐標位 置、轉(zhuǎn)臺設(shè)備的轉(zhuǎn)角以及每個坐標處所采集的信號。所述的二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)控制方法，其所述“走停走”模式和“走走”模 式下，天線設(shè)備需要停止的時間和天線設(shè)備的運動速度獲取步驟如下步驟SlOl “數(shù)據(jù)采集”模塊獲取用戶所設(shè)置的信號收發(fā)參數(shù)；步驟S102 “數(shù)據(jù)采集”模塊向信號收發(fā)設(shè)備發(fā)送指令，按照“參數(shù)設(shè)置”模塊設(shè)置 的參數(shù)進行一次信號采集，并記錄所用的時間At;步驟S103 若為“走停走”數(shù)據(jù)采集模式，設(shè)置軌道運動設(shè)備等待數(shù)據(jù)采集的時間 A T1，并使AI\> At;若為“走走”數(shù)據(jù)采集模式，設(shè)置兩個離散點之間信號采樣時的運動 時間AT2，并使AT2 > At，對應(yīng)的兩個離散點之間的距離為Ad2，相應(yīng)的運動速度為Ad2/ AT2。本發(fā)明方法的優(yōu)點在于協(xié)調(diào)控制運動設(shè)備和信號收發(fā)設(shè)備，實現(xiàn)天線運動和信 號收發(fā)的同步；精確控制天線在二維平面中的運動位置和速度，能夠進行直線、折線和任意 曲線運動；控制信號收發(fā)設(shè)備發(fā)射和接收不同參數(shù)的微波信號，能夠進行不同需求的數(shù)據(jù) 采集。性能穩(wěn)定、界面友好、易于擴展，可用于高級二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)在各種成像 和測量數(shù)據(jù)采集中的自動化控制。
圖1微波成像數(shù)據(jù)采集示意圖；圖2本發(fā)明的ASTRO系統(tǒng)控制方法設(shè)計總體框圖；圖3本發(fā)明的ASTRO系統(tǒng)控制方法工作流程圖；圖4本發(fā)明的ASTRO系統(tǒng)控制方法“系統(tǒng)登錄”模塊界面；圖5本發(fā)明的ASTRO系統(tǒng)控制方法“啟動系統(tǒng)”模塊界面；圖6本發(fā)明的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀初始化界面；圖7本發(fā)明的運動控制卡初始化界面；圖8本發(fā)明的ASTRO系統(tǒng)控制方法“參數(shù)設(shè)置”模塊界面；圖9本發(fā)明的設(shè)置“運動模式”示意圖；圖IOa本發(fā)明的“靜止”方式示意圖；圖IOb本發(fā)明的“走停走”方式示意圖；圖IOc本發(fā)明的“走走”方式示意圖；圖Ila本發(fā)明的“折線”運動軌跡界面；圖lib本發(fā)明的“圓周”運動軌跡界面；圖Ilc本發(fā)明的“正弦”運動軌跡界面；圖Ild本發(fā)明的“多項式”運動軌跡界面；圖1 本發(fā)明的“折線”軌跡設(shè)置界面；
圖12b本發(fā)明的“圓周”軌跡設(shè)置界面；圖12c本發(fā)明的“正弦”軌跡設(shè)置界面；圖12d本發(fā)明的“多項式”軌跡設(shè)置界面；圖13本發(fā)明的ASTRO系統(tǒng)控制方法“數(shù)據(jù)采集”模塊界面；圖14本發(fā)明的天線“位置顯示”和信號“波形顯示”示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明方法所控制的高級二維軌道掃描成像觀測(ASTRO)系統(tǒng)包括三個主要設(shè)備A)機械掃描及其控制設(shè)備該部分以運動控制卡為核心，控制軌道的機械運動。通過可編程運動控制卡輸出驅(qū)動信號到伺服驅(qū)動器，控制二維軌道上的天線沿X軸、Z軸方向做二維運動，并通過手動進行高精度的角度旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)平面上的折線路徑或任意曲線路徑的掃描。B)微波成像信號采集設(shè)備該部分以信號收發(fā)設(shè)備為核心，根據(jù)用戶需求對天線運動軌跡、頻率、發(fā)射功率等相關(guān)參量進行設(shè)定，實現(xiàn)對各種外圍設(shè)備以及射頻設(shè)備的控制，實時采集觀測場景后向或非后向回波信號的幅度、相位等信息，并根據(jù)用戶指定的數(shù)據(jù)格式和存儲位置進行存放。C)軟件控制及數(shù)據(jù)存儲設(shè)備該部分以主控計算機(PC)為核心，PC中安裝ASTRO系統(tǒng)控制軟件，控制其他硬件設(shè)備并存儲采集到的數(shù)據(jù)。以上三項設(shè)備均通過集線器進行連接和通信。本發(fā)明的一種二維軌道掃描成像觀測(ASTRO)系統(tǒng)控制方法最核心的兩個背景技術(shù)是計算機與運動控制卡的通信以及計算機與信號收發(fā)設(shè)備的通信。計算機與運動控制卡(如多軸運動控制器，PMAC)的通信是通過下載運動程序和發(fā)送在線指令實現(xiàn)的。PMAC(Programmable Multi-AxisController)是美國 Delta Tau 公司推出的基于PC平臺的開放式多軸運動控制器。它采用Motorola公司的DSP56系列高性能數(shù)字信號處理器作為CPU，是目前世界上功能最強大的運動控制器之一，具有最大的靈活性一個運動控制卡可以同時控制1-8根軸，多個運動控制卡級聯(lián)最多可以控制1 根軸。 本發(fā)明使用的系統(tǒng)中只需要控制一個坐標系中的兩根軸就可以實現(xiàn)天線二維軌跡的運動。運動控制卡具有執(zhí)行程序(運動程序和PLC程序)、伺服環(huán)更新、資源管理等多種功能，依靠各個模塊一起協(xié)同工作。為了實時顯示和設(shè)置位置、速度等參數(shù)，需要獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，本發(fā)明方法使用的獲取方式是直接從相應(yīng)的1/0及運動寄存器中采集。由于運動控制卡將運行過程中各個電機、編碼器的各種數(shù)據(jù)自動存放在相應(yīng)的1/0及運動寄存器中，因此用戶只需要讀取各個1/0及運動寄存器中的值就能得到需要的數(shù)據(jù)。由用戶定義一個M變量，指向某一寄存器或內(nèi)存，再通過該變量訪問它指向的寄存器或內(nèi)存，從而實現(xiàn)參數(shù)的顯示和設(shè)置。運動控制卡可以通過PEWIN32環(huán)境進行調(diào)試，并驗證相應(yīng)的在線指令。如果需要實現(xiàn)復(fù)雜的運動軌跡，則需要編寫并執(zhí)行相應(yīng)的運動程序。運動控制卡的程序分為在前臺實時運行的運動程序或者加工程序、在后臺循環(huán)掃描運行的PLC程序。A)運動程序
運動控制卡支持多達256個運動程序，這樣分成程序塊的目的是便于管理和調(diào)用。運動程序存放在運動控制卡的緩沖區(qū)中，需要發(fā)送執(zhí)行的指令才能運行。B) PLC 程序PLC (可編程邏輯控制)的工作原理是由CPU不停地掃描PLC程序，按照邏輯控制順序逐句執(zhí)行。在運動控制卡中，用戶可以擁有64個PLC程序，其中32個編譯的(經(jīng)過編譯器編譯后的PLC，運行速度能夠提高10倍以上)和32個未編譯的。C) PCOMM運動控制卡為用戶提供了動態(tài)鏈接庫PCOMM來完成上位機同運動控制卡之間的數(shù)據(jù)交換。PCOMM動態(tài)庫里包含有200多個庫函數(shù)，由這些庫函數(shù)同底層的虛擬設(shè)備驅(qū)動程序進行數(shù)據(jù)交換，然后由虛擬設(shè)備驅(qū)動程序直接和硬件交換數(shù)據(jù)。PCOMM的基本功能有初始化通信功能、ASCII通信功能、下載數(shù)據(jù)功能、雙端口 RAM通信及控制功能(需硬件支持)、中斷功能(需硬件支持)和變量設(shè)置讀取功能。
PCOMM中的常用函數(shù)有Cl)BOOL OpenPmacDevice(DWORD dwDevice)功能為應(yīng)用程序同運動控制卡交換數(shù)據(jù)開辟通道，用于應(yīng)用程序的開始且必須使用。參數(shù)dwDevice為雙字節(jié)型，表示卡號。返回值調(diào)用成功返回TRUE。注意必須同ClosePmacDevice函數(shù)成對使用。C2)BOOL ClosePmacDevice(DWORD dwDevice)功能用來關(guān)閉同運動控制卡通信開辟的通道，釋放系統(tǒng)資源，用于應(yīng)用程序結(jié)束處。參數(shù)dwDevice為雙字節(jié)型，表示卡號。返回值調(diào)用成功返回TR UE。注意必須同OpenPmacDevice函數(shù)成對使用。C3)int PmacGetResponseA(DWORD dwDevice, PCHAR response, UINT maxchar, PCHAR conlnland)功能該函數(shù)是編制界面軟件最重要的一個函數(shù)，主要用來向運動控制卡發(fā)送一條指令，并從運動控制卡得到響應(yīng)，放到緩沖區(qū)中供用戶處理。參數(shù)dwDevice是卡號，雙字節(jié)型；response為得到的響應(yīng)，字符串；maxchar是返回的字符最大長度；command是發(fā)送的命令字符串。返回值調(diào)用成功將返回包括握手協(xié)議字符在內(nèi)的字符串長度，否則將返回空值C4)B00L PmacConfigure(HWND hwnd. DWORD dwDevice)功能調(diào)用此函數(shù)將打開通信配置對話框，其中包含一些重要的通信配置信息，如卡地址，通信類型(總線形式、串口號、通信波特率)等。配置完成后，程序自動將這些信息寫入注冊表，一般用于初次同卡進行通信時。參數(shù)hwnd是通信對話框母窗口的窗口句柄，整型；dwDevice是卡號，雙字節(jié)型。返回值通信成功返回TRUE。C5)void PmacDownloadFile(DWORD dwDevice, char*fname)
功能該函數(shù)將指定文件下載到運動控制卡上。參數(shù)MwDevice是卡號，雙字節(jié)型；fname為需要下載的文件名，字符指針，可帶路徑。返回值無。在VC中使用動態(tài)鏈接庫有兩種方法，即顯式鏈接和隱式鏈接。隱式鏈接需要將PMAC. LIB文件接入項目中，并在頭文件中聲明需要用到的函數(shù)， 然后才可以調(diào)用。顯式鏈接可以隨時隨地加載或卸載動態(tài)庫。需要用到WINDOWS的幾個API (應(yīng)用程序編程接口)函數(shù)LoadLibrary 加載動態(tài)庫；GetProcAddress 取得相應(yīng)函數(shù)地址；FreeLibrary 卸載動態(tài)庫。本發(fā)明方法采用顯示鏈接的方式進行通信。計算機與信號收發(fā)設(shè)備的通信是通過加載信號收發(fā)設(shè)備(如矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀) 的動態(tài)鏈接庫，并調(diào)用其功能函數(shù)實現(xiàn)的。網(wǎng)絡(luò)分析儀是一種測試元器件性能的儀器。有標量網(wǎng)絡(luò)分析儀和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀之分。本發(fā)明的系統(tǒng)所采用的是可以同時測量被測網(wǎng)絡(luò)幅度信息和相位信息的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。它通過測量被測網(wǎng)絡(luò)對頻率掃描和功率掃描測試信號的幅度與相位的影響，來精確地表征被測網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀包括測量沿傳輸線行進的入射波、反射波和傳輸波。與入射波、傳輸波和反射波相關(guān)的二端口參數(shù)稱為散射參數(shù)或S參數(shù)。S參數(shù)類似于反射和傳輸特性。 當輸出端匹配時，輸入端的反射系數(shù)即為Sll參數(shù)；當輸入端匹配時，輸出端的反射系數(shù)即為S22參數(shù)。S21參數(shù)與正向傳輸系數(shù)等效，S12參數(shù)與反向傳輸系數(shù)等效。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀能方便快捷地測量出被測器件的四個S參數(shù)。二維軌道掃描成像觀測(ASTRO)系統(tǒng)控制方法通過動態(tài)鏈接庫與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行通信。以8753ES型號的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀為例，通信和數(shù)據(jù)采集步驟如下步驟Sl 將hp875x_32. lib包含到工程中，87 系列分析儀的庫文件。步驟S2 將 875x_cpp. h、visa. h、visatype. h、vpptype. h 包含到工程中，它們的作用是875x_cpp. h :875x系列網(wǎng)絡(luò)分析儀的設(shè)備驅(qū)動；visa, h :VISA 3. 0 標準visatype. h 基本的VISA數(shù)據(jù)類型及宏定義vpptype. h :VXIplug&play 設(shè)備驅(qū)動頭文件步驟S3 主要應(yīng)用函數(shù)包括initialize (nwa，VI_FALSE，VI_TRUE，&vi)；初始化設(shè)備hp875x_channelSelect (vi, hp875x_CHl)；選擇通道hp875x_frequency(vi, hp875x_FREQ_STRT_ST0P, f_start, f_stop)；設(shè)置頻率hp875x_readTrace0rCalDataDos (vi, hp875x_F0RM_0UTPUT, Dat, VI_NULL, num)； 獲取數(shù)據(jù)hp875x_opc_Q(vi, 〃 WAIT 〃，&r印ly)；等待分析儀結(jié)束
hp875x_close(vi)；關(guān)閉任務(wù)。下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明技術(shù)方案中所涉及的各個細節(jié)問題。應(yīng)指出的是， 所描述的實施例僅旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。本發(fā)明的一種二維軌道掃描成像觀測(ASTRO)系統(tǒng)控制方法，協(xié)調(diào)控制軌道運動設(shè)備、信號收發(fā)設(shè)備、天線設(shè)備、開關(guān)設(shè)備、轉(zhuǎn)臺設(shè)備和位置測量設(shè)備，實現(xiàn)各設(shè)備之間的通信和同步，獲取測量數(shù)據(jù)，并進行測量數(shù)據(jù)的傳輸與存儲。從而實現(xiàn)可控重復(fù)性微波成像研究，數(shù)據(jù)采集示意圖如圖1所示。本發(fā)明方法按照微波成像研究的數(shù)據(jù)采集流程進行，方法的總體框圖如圖2所示。本發(fā)明的ASTRO系統(tǒng)控制方法包含“登錄”模塊、“啟動系統(tǒng)”模塊、“參數(shù)設(shè)置”模塊和“數(shù)據(jù)采集”模塊，用戶順序執(zhí)行各個模塊，通過設(shè)備接口對一個或多個設(shè)備進行控制， 其中設(shè)備接口包括軌道運動設(shè)備接口、信號收發(fā)設(shè)備接口、天線設(shè)備接口、開關(guān)設(shè)備接口、 轉(zhuǎn)臺設(shè)備接口和位置測量設(shè)備接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，以上各模塊的工作流程如圖3所示，其包括步驟如下步驟S21 “系統(tǒng)登錄”模塊界面如圖4所示，該模塊驗證用戶身份。步驟S22 “啟動系統(tǒng)”模塊界面如圖5所示，該模塊啟動各項硬件設(shè)備，并進行軌道運動設(shè)備、信號收發(fā)設(shè)備、天線設(shè)備、開關(guān)設(shè)備、轉(zhuǎn)臺設(shè)備和位置測量設(shè)備中一個或多個設(shè)備的初始化。在實施中用于選擇信號收發(fā)設(shè)備型號及對一個或多個設(shè)備進行初始化，主要包括信號收發(fā)設(shè)備的初始化和軌道運動設(shè)備的初始化。主要實現(xiàn)如下功能步驟S221 對信號收發(fā)設(shè)備進行初始化；步驟S221的界面如圖6所示，主要功能是選擇信號收發(fā)設(shè)備型號及收發(fā)模式，其中，信號收發(fā)設(shè)備的型號由硬件決定，選擇之后，則連接相應(yīng)的動態(tài)鏈接庫；收發(fā)模式由數(shù)據(jù)采集的需要決定，分為“1發(fā)1收”、“1發(fā)2收”、“1發(fā)3收”和“2發(fā)2收”四種模式，用于滿足不同極化通道的數(shù)據(jù)采集需要。最后進行“VNA測試”，進行一次信號收發(fā)并將數(shù)據(jù)讀取到計算機中，如果讀取成功，則判定信號收發(fā)設(shè)備通信正常。步驟S222 對軌道運動設(shè)備進行初始化；步驟S222的界面如圖7所示，主要功能是與軌道運動設(shè)備(運動控制卡)通信及設(shè)置二維軌道平面的坐標原點。首先進行“運動控制卡初始化”，向運動控制卡寫入某用戶變量，然后“測試”，如果輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)相等，則判定運動控制卡通信正常；第二步是設(shè)定原點，作用是設(shè)置運動平面坐標系的原點，將天線移動到原點位置，并在以后的數(shù)據(jù)采集過程中，以此處為原點定義其他位置的坐標。實現(xiàn)過程是分別將X軸和Z軸移動到需要的位置，然后“位置清零”?！皢酉到y(tǒng)”模塊主要函數(shù)包括(1)基本函數(shù)CInitialDialog =CInitialDialog(Cffnd*pParent/* = NULL*/)功能構(gòu)造函數(shù)。BOOL CInitialDialog =Destroyffindow()功能關(guān)閉通信、卸載動態(tài)鏈接庫、銷毀窗口。void CInitialDialog :DoDataExchange(CDataExchange^pDX)功能定義控件變量。
BOOL CInitialDialog OnInitDialogO
功能初始化函數(shù)。用于定義窗口及控件的位置和大小，并加載運動控制卡的鏈接件。
void CInitialDialog OnSize(UINT nType，int cx，int cy)
功能定義控件的位置和大小。
(2)與運動控制卡相關(guān)的函數(shù)
voidCInitialDialog OnInitialtest ()
功能測試運動控制卡的通信狀態(tài)。
voidCInitialDialog OnPmactestinitial ()
功能備份運動控制卡的參數(shù)。
voidCInitialDialog OnInitialhmz ()
功能用于軌道坐標清零。
voidCInitialDialog OnInitialstartmove ()
功能下載運動程序，啟動運動。
voidCInitialDialog OnInitialstopmove ()
功能向軌道發(fā)送中斷指令，中止運動。
voidCInitialDialog OnTimer(UINT nIDEvent)
功能實時讀取軌道數(shù)據(jù)()
(3)與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀相關(guān)的函數(shù)
voidCInitialDialog = OnModellO
功能選擇矢網(wǎng)型號1。
voidCInitialDialog :0nModel2()
功能選擇矢網(wǎng)型號2。
voidCInitialDialog OnPnainitial()
功能矢網(wǎng)初始化。
voidCInitialDialog :0nRtmodell()
功能收發(fā)模式1。
voidCInitialDialog = OnRtmode 12()
功能收發(fā)模式2。
voidCInitialDialog = OnRtmode 13()
功能收發(fā)模式3。
voidCInitialDialog :0nRtmodel4()
功能收發(fā)模式4。
步驟S23 “設(shè)置參數(shù)”模塊其界面如圖8所示，該模塊的功能是接收用戶所設(shè)置
的參數(shù)，并新建參數(shù)文件保存用戶所設(shè)置的參數(shù)，參數(shù)文件中包括數(shù)據(jù)采集所需設(shè)備，采集參數(shù)和文件存放位置。步驟S231 “運動模式”設(shè)置，其界面如圖9所示，主要功能是進行運動方式和運動軌跡的設(shè)置。運動方式包括“靜止”、“走停走”和“走走”三種，如圖10a、IObUOc所示。
運動軌跡可以使二維平面內(nèi)的任意直線和曲線軌跡，由(1)式?jīng)Q定。
W⑷
權(quán)利要求
1.一種二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)控制方法，通過設(shè)備接口對一個或多個設(shè)備進行協(xié)調(diào)和同步控制，實現(xiàn)各設(shè)備之間的通信和同步，獲取測量數(shù)據(jù)，并進行測量數(shù)據(jù)的傳輸與存儲；其特征在于，包括步驟如下步驟S21 進入“登錄”模塊，用戶登錄，驗證用戶身份；步驟S22 進入“啟動系統(tǒng)”模塊，啟動各項硬件設(shè)備，并進行軌道運動設(shè)備、信號收發(fā)設(shè)備、天線設(shè)備、開關(guān)設(shè)備、轉(zhuǎn)臺設(shè)備和位置測量設(shè)備中一個或多個設(shè)備的初始化；步驟S23 進入“參數(shù)設(shè)置”模塊，接收用戶所設(shè)置的參數(shù)，并新建參數(shù)文件保存用戶所設(shè)置的參數(shù)，參數(shù)文件中包括數(shù)據(jù)采集所需設(shè)備，采集參數(shù)和文件存放位置；步驟S24 進入“數(shù)據(jù)采集”模塊，讀取步驟S23中的參數(shù)文件，通過ASTRO系統(tǒng)控制指令進行天線設(shè)備運動、信號產(chǎn)生、發(fā)射信號、接收信號、傳輸數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述對各項設(shè)備的協(xié)調(diào)和同步控制，是指在“數(shù)據(jù)采集”模塊的執(zhí)行過程中，協(xié)調(diào)和同步控制各項設(shè)備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，具體步驟如下步驟S31 “數(shù)據(jù)采集”模塊根據(jù)用戶設(shè)置參數(shù)計算得到天線設(shè)備在二維軌道平面上開始發(fā)射信號和接收信號時的運動軌跡上的離散坐標點；步驟S32 “數(shù)據(jù)采集”模塊向軌道運動設(shè)備的運動控制卡發(fā)送運動指令，根據(jù)“設(shè)置參數(shù)”模塊設(shè)置的數(shù)據(jù)采集模式，運動控制卡接收運動指令后控制天線設(shè)備運動到指定位置， 運動控制卡向“數(shù)據(jù)采集”模塊反饋位置到達信號；步驟S33 “數(shù)據(jù)采集”模塊接收步驟S32中的位置到達信號，并向信號收發(fā)設(shè)備發(fā)送信號收發(fā)指令，信號收發(fā)設(shè)備接收信號收發(fā)指令，進行一次信號的發(fā)射和接收，接收到的測量數(shù)據(jù)包括天線設(shè)備在軌道上的位置數(shù)據(jù)和天線的接收信號；若測量數(shù)據(jù)接收成功，向“數(shù)據(jù)采集”模塊反饋成功信號；若測量數(shù)據(jù)接收不成功，向“數(shù)據(jù)采集”模塊反饋失敗信號；步驟S34 “數(shù)據(jù)采集”模塊接收步驟S33的反饋信號，若為成功信號，向運動控制卡發(fā)送指令，軌道繼續(xù)運動；若為失敗信號，終止程序，退出“數(shù)據(jù)采集”模塊；步驟S35 循環(huán)執(zhí)行步驟S32-S34，直到天線設(shè)備在步驟S31中所有的離散坐標點位置上的信號收發(fā)成功。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述步驟S22中的一個或多個設(shè)備的初始化，是采用傳遞參數(shù)的方式與設(shè)備通信進行測試，即采用獲取設(shè)備用戶變量的方式進行一個或多個設(shè)備的通信測試，包括步驟如下步驟S41 “啟動系統(tǒng)”模塊向一個或多個設(shè)備寫入相應(yīng)的用戶變量集f (Ci1，…，Cin，… αΝ)，其中，α η表示ASTRO系統(tǒng)控制方法定義的第η設(shè)備的用戶變量，η e [1，N]，N表示 ASTRO系統(tǒng)控制方法所能控制的最大設(shè)備數(shù)目；步驟S42 “啟動系統(tǒng)”模塊從相應(yīng)設(shè)備中讀取反饋的設(shè)備用戶變量集…，βω), 其中，β m表示第m設(shè)備反饋的用戶變量，me [Ι,Ν]；步驟S43: “啟動系統(tǒng)”模塊比較寫入的f(ai，…，αη,和設(shè)備反饋的變量 …，β m)，若所有用戶變量均有反饋，且符合設(shè)定的判斷條件，則判定所有設(shè)備通信成功；若只有部分用戶變量反饋，且符合設(shè)定的判斷條件，則只有相應(yīng)的部分設(shè)備通信成功， 設(shè)定的判斷條件為相等和數(shù)學運算。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述“啟動系統(tǒng)”模塊、“參數(shù)設(shè)置”模塊和“數(shù)據(jù)采集”模塊中，對軌道運動設(shè)備和轉(zhuǎn)臺設(shè)備的控制采用兩種坐標系在“啟動系統(tǒng)”模塊中，設(shè)置軌道運動設(shè)備和轉(zhuǎn)臺設(shè)備的絕對坐標系，并設(shè)置運動軌跡的原點0 ；在“參數(shù)設(shè)置”和“數(shù)據(jù)采集”模塊中，若控制軌道運動設(shè)備，設(shè)置相對原點0的直角坐標系，若控制轉(zhuǎn)臺設(shè)備，設(shè)置相對原點0的圓柱坐標系或球坐標系；若同時控制軌道運動設(shè)備和轉(zhuǎn)臺設(shè)備，設(shè)置相對原點0的直角坐標系、圓柱坐標系或球坐標系。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述“數(shù)據(jù)采集”模塊，控制天線設(shè)備或轉(zhuǎn)臺設(shè)備的運動方向和速度，控制天線在軌道運動設(shè)備的二維軌道平面內(nèi)進行直線、折線、圓周、橢圓、多項式曲線以及用戶設(shè)定軌跡的運動，或控制轉(zhuǎn)臺的勻速圓周運動、加速圓周運動和變速圓周運動，并在界面上顯示坐標軸的位置、運動方向、速度和跟蹤誤差。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述步驟S32中的數(shù)據(jù)采集模式，包括“靜止”、“走停走”和“走走”三種模式，其中，“靜止”模式下，天線設(shè)備相對軌道運動設(shè)備保持靜止；“走停走”模式下，天線設(shè)備和信號收發(fā)設(shè)備通過 ASTRO系統(tǒng)控制指令進行同步，天線在運動軌跡上的離散坐標點進行信號收發(fā)，信號收發(fā)期間，軌道運動設(shè)備或轉(zhuǎn)臺設(shè)備停止運動，停止時間為AT1，信號收發(fā)完畢后，天線繼續(xù)運動； “走走”模式下，天線設(shè)備和信號收發(fā)設(shè)備通過ASTRO系統(tǒng)控制指令進行同步，信號收發(fā)期間，軌道運動設(shè)備或轉(zhuǎn)臺仍然保持運動，每兩個離散坐標點之間的采樣時間為Δ Τ2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或6所述的高級二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述信號收發(fā)設(shè)備，包括頻率生成器、混頻器、射頻放大器、帶通濾波器、低噪聲放大器和中頻放大器，在ASTRO系統(tǒng)控制方法的控制下，產(chǎn)生不同頻率、不同功率的信號，并接收觀測場景所反射回來的信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述測量數(shù)據(jù)，在“數(shù)據(jù)采集”模塊中采用圖形界面實時或準實時顯示，顯示的內(nèi)容包括天線設(shè)備在二維平面中的坐標位置、轉(zhuǎn)臺設(shè)備的轉(zhuǎn)角以及每個坐標處所采集的信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述“走停走”模式和“走走”模式下，天線設(shè)備需要停止的時間和天線設(shè)備的運動速度獲取步驟如下步驟SlOl “數(shù)據(jù)采集”模塊獲取用戶所設(shè)置的信號收發(fā)參數(shù)；步驟S102 “數(shù)據(jù)采集”模塊向信號收發(fā)設(shè)備發(fā)送指令，按照“參數(shù)設(shè)置”模塊設(shè)置的參數(shù)進行一次信號采集，并記錄所用的時間At;步驟S103 若為“走停走”數(shù)據(jù)采集模式，設(shè)置軌道運動設(shè)備等待數(shù)據(jù)采集的時間Δ \， 并使AT1 > At ；若為“走走”數(shù)據(jù)采集模式，設(shè)置兩個離散點之間信號采樣時的運動時間 Δ T2，并使ΔΤ2> At，對應(yīng)的兩個離散點之間的距離為Ad2，相應(yīng)的運動速度為Ad2/AT2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)控制方法，涉及信息獲取與處理技術(shù)，利用對運動控制卡的編程，控制數(shù)據(jù)采集設(shè)備在二維軌道上的運動；利用對信號收發(fā)設(shè)備的編程，控制信號的產(chǎn)生、發(fā)射、接收、傳輸和存儲，以實現(xiàn)對ASTRO系統(tǒng)中硬件設(shè)備的協(xié)調(diào)控制。本發(fā)明方法的特點在于協(xié)調(diào)控制運動設(shè)備和信號收發(fā)設(shè)備，實現(xiàn)天線運動和信號收發(fā)的同步；精確控制天線在二維平面中的運動位置和速度，能夠進行直線、折線和任意曲線運動；控制信號收發(fā)設(shè)備發(fā)射和接收不同參數(shù)的微波信號，能夠進行不同需求的數(shù)據(jù)采集。性能穩(wěn)定、界面友好、易于擴展，可用于高級二維軌道掃描成像觀測系統(tǒng)在各種成像和測量數(shù)據(jù)采集中的自動化控制。
文檔編號G05D27/02GK102314185SQ20101022716
公開日2012年1月11日 申請日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月7日
發(fā)明者乞耀龍, 洪文, 王彥平, 譚維賢 申請人:中國科學院電子學研究所