CN102314185B - 一种二维轨道扫描成像观测系统控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二维轨道扫描成像观测系统控制方法，涉及信息获取与处理技术，利用对运动控制卡的编程，控制数据采集设备在二维轨道上的运动；利用对信号收发设备的编程，控制信号的产生、发射、接收、传输和存储，以实现对ASTRO系统中硬件设备的协调控制。本发明方法的特点在于协调控制运动设备和信号收发设备，实现天线运动和信号收发的同步；精确控制天线在二维平面中的运动位置和速度，能够进行直线、折线和任意曲线运动；控制信号收发设备发射和接收不同参数的微波信号，能够进行不同需求的数据采集。性能稳定、界面友好、易于扩展，可用于高级二维轨道扫描成像观测系统在各种成像和测量数据采集中的自动化控制。

Description

一种二维轨道扫描成像观测系统控制方法

技术领域

本发明涉及信息获取与处理技术领域，特别是一种高级二维轨道扫描成像观测系统控制方法，本发明方法应用于高级二维轨道扫描成像观测(ASTRO)系统的控制，通过ASTRO硬件及ASTRO系统控制软件控制实现可控、重复性微波成像实验。

背景技术

高级二维轨道扫描成像观测(ASTRO：Advanced Scannable Two-dimensional Rail Observation)系统以地面、建筑物、地面交通工具等为安装平台，在平台上设置刚性轨道，并通过天线沿水平机械轨道或垂直轨道的扫描实现孔径合成，沿水平轨道的扫描实现方位向分辨，沿垂直轨道的扫描实现垂直向空间分辨。它是机载合成孔径雷达(SAR)和星载SAR的有效补充形式，可以用于微波成像的新理论和新技术的实验验证平台，通过它可以实现可控、重复性的微波成像实验，以实验和理论结合的方式开展微波成像散射机理、成像体制以及信号处理等相关问题的研究。

发明内容

本发明的目的是公开一种二维轨道扫描成像观测系统控制方法，以实现对高级二维轨道扫描成像观测(ASTRO)系统的控制，实现可控重复性微波成像实验。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种二维轨道扫描成像观测系统控制方法，通过设备接口对一个或多个设备进行协调和同步控制，实现各设备之间的通信和同步，获取测量数据，并进行测量数据的传输与存储；其包括步骤如下：

步骤S21：进入“登录”模块，用户登录，验证用户身份；

步骤S22：进入“启动系统”模块，启动各项硬件设备，并进行轨道运动设备、信号收发设备、天线设备、开关设备、转台设备和位置测量设备中一个或多个设备的初始化；

步骤S23：进入“参数设置”模块，接收用户所设置的参数，并新建参数文件保存用户所设置的参数，参数文件中包括数据采集所需设备，采集参数和数据存放位置；

步骤S24：进入“数据采集”模块，读取步骤S23中的参数文件，通过ASTRO系统控制指令进行天线设备运动、信号产生、发射信号、接收信号、传输数据和存储数据。

所述的二维轨道扫描成像观测系统控制方法，其所述对各项设备的协调和同步控制，是指在“数据采集”模块的执行过程中，协调和同步控制各项设备，实现数据采集，具体步骤如下：

步骤S31：“数据采集”模块根据用户设置参数计算得到天线设备在二维轨道平面上开始发射信号和接收信号时的运动轨迹上的离散坐标点；

步骤S32：“数据采集”模块向轨道运动设备的运动控制卡发送运动指令，根据“设置参数”模块设置的数据采集模式，运动控制卡接收运动指令后控制天线设备运动到指定位置，运动控制卡向“数据采集”模块反馈位置到达信号；

步骤S33：“数据采集”模块接收步骤S32中的位置到达信号，并向信号收发设备发送信号收发指令，信号收发设备接收信号收发指令，进行一次信号的发射和接收，信号收发设备接收到的测量数据包括天线设备在轨道上的位置数据和天线的接收信号；若测量数据接收成功，向“数据采集”模块反馈成功信号；若测量数据接收不成功，向“数据采集”模块反馈失败信号；

步骤S34：“数据采集”模块接收步骤S33的反馈信号，若为成功信号，向运动控制卡发送指令，轨道继续运动；若为失败信号，终止程序，退出“数据采集”模块；

步骤S35：循环执行步骤S32-S34，直到天线设备在步骤S31中所有的离散坐标点位置上的信号收发成功。

所述的二维轨道扫描成像观测系统控制方法，其所述步骤S22中的一个或多个设备的初始化，是采用获取设备用户变量的方式进行一个或多个设备的通信测试，包括步骤如下：

步骤S41：“启动系统”模块向一个或多个设备写入相应的用户变量集f(α₁，…，α_n，…α_N)，其中，α_n表示ASTRO系统控制方法定义的第n设备的用户变量，n∈[1，N]，N表示ASTRO系统控制方法所能控制的最大设备数目；

步骤S42：“启动系统”模块从相应设备中读取反馈的设备用户变量集F(β₁，…，β_m)，其中，β_m表示第m设备反馈的用户变量，m∈[1，N]；

步骤S43：“启动系统”模块比较写入的f(α₁，…，α_n，…α_N)和设备反馈的变量F(β₁，…，β_m)，若所有用户变量均有反馈，且符合设定的判断条件，则判定所有设备通信成功；若只有部分用户变量反馈，且符合设定的判断条件，则只有相应的部分设备通信成功，设定的判断条件为输入的变量与反馈的变量相等。

所述的二维轨道扫描成像观测系统控制方法，其所述“启动系统”模块、“参数设置”模块和“数据采集”模块中，对轨道运动设备和转台设备的控制采用两种坐标系：在“启动系统”模块中，设置轨道运动设备和转台设备的绝对坐标系，并设置运动轨迹的原点O；在“参数设置”和“数据采集”模块中，若控制轨道运动设备，设置相对原点O的直角坐标系，若控制转台设备，设置相对原点O的圆柱坐标系或球坐标系；若同时控制轨道运动设备和转台设备，设置相对原点O的直角坐标系、圆柱坐标系或球坐标系。

所述的二维轨道扫描成像观测系统控制方法，其所述“数据采集”模块，控制天线设备或转台设备的运动方向和速度，控制天线在轨道运动设备的二维轨道平面内进行直线、折线、圆周、椭圆、多项式曲线以及用户设定轨迹的运动，或控制转台的匀速圆周运动、加速圆周运动和变速圆周运动，并在界面上显示坐标轴的位置、运动方向、速度和跟踪误差。

所述的二维轨道扫描成像观测系统控制方法，其所述步骤S32中的数据采集模式，包括“静止”、“走停走”和“走走”三种模式，其中，“静止”模式下，天线设备相对轨道运动设备保持静止；“走停走”模式下，天线设备和信号收发设备通过ASTRO系统控制指令进行同步，天线在运动轨迹上的离散坐标点进行信号收发，信号收发期间，轨道运动设备或转台设备停止运动，停止时间为△T₁，信号收发完毕后，天线继续运动；“走走”模式下，天线设备和信号收发设备通过ASTRO系统控制指令进行同步，信号收发期间，轨道运动设备或转台仍然保持运动，每两个离散坐标点之间的采样时间为△T₂。

所述的二维轨道扫描成像观测系统控制方法，其所述信号收发设备，包括频率生成器、混频器、射频放大器、带通滤波器、低噪声放大器和中频放大器，在ASTRO系统控制方法的控制下，产生不同频率、不同功率的信号，并接收观测场景所反射回来的信号。

所述的二维轨道扫描成像观测系统控制方法，其所述测量数据，在“数据采集”模块中采用图形界面实时或准实时显示。显示的内容包括天线设备在二维平面中的坐标位置、转台设备的转角以及每个坐标处所采集的信号。

所述的二维轨道扫描成像观测系统控制方法，其所述“走停走”模式和“走走”模式下，天线设备需要停止的时间和天线设备的运动速度获取步骤如下：

步骤S101：“数据采集”模块获取用户所设置的信号收发参数；

步骤S102：“数据采集”模块向信号收发设备发送指令，按照“参数设置”模块设置的参数进行一次信号采集，并记录所用的时间△t；

步骤S103：若为“走停走”数据采集模式，设置轨道运动设备等待数据采集的时间△T₁，并使△T₁＞△t；若为“走走”数据采集模式，设置两个离散点之间信号采样时的运动时间△T₂，并使△T₂＞△t，对应的两个离散点之间的距离为△d₂，相应的运动速度为△d₂/△T₂。

本发明方法的优点在于：协调控制运动设备和信号收发设备，实现天线运动和信号收发的同步；精确控制天线在二维平面中的运动位置和速度，能够进行直线、折线和任意曲线运动；控制信号收发设备发射和接收不同参数的微波信号，能够进行不同需求的数据采集。性能稳定、界面友好、易于扩展，可用于高级二维轨道扫描成像观测系统在各种成像和测量数据采集中的自动化控制。

附图说明

图1微波成像数据采集示意图；

图2本发明的ASTRO系统控制方法设计总体框图；

图3本发明的ASTRO系统控制方法工作流程图；

图4本发明的ASTRO系统控制方法“系统登录”模块界面；

图5本发明的ASTRO系统控制方法“启动系统”模块界面；

图6本发明的矢量网络分析仪初始化界面；

图7本发明的运动控制卡初始化界面；

图8本发明的ASTRO系统控制方法“参数设置”模块界面；

图9本发明的设置“运动模式”示意图；

图10a本发明的“静止”方式示意图；

图10b本发明的“走停走”方式示意图；

图10c本发明的“走走”方式示意图；

图11a本发明的“折线”运动轨迹界面；

图11b本发明的“圆周”运动轨迹界面；

图11c本发明的“正弦”运动轨迹界面；

图11d本发明的“多项式”运动轨迹界面；

图12a本发明的“折线”轨迹设置界面；

图12b本发明的“圆周”轨迹设置界面；

图12c本发明的“正弦”轨迹设置界面；

图12d本发明的“多项式”轨迹设置界面；

图13本发明的ASTRO系统控制方法“数据采集”模块界面；

图14本发明的天线“位置显示”和信号“波形显示”示意图。

具体实施方式

本发明方法所控制的高级二维轨道扫描成像观测(ASTRO)系统包括三个主要设备：

A)机械扫描及其控制设备

该部分以运动控制卡为核心，控制轨道的机械运动。通过可编程运动控制卡输出驱动信号到伺服驱动器，控制二维轨道上的天线沿X轴、Z轴方向做二维运动，并通过手动进行高精度的角度旋转，从而实现平面上的折线路径或任意曲线路径的扫描。

B)微波成像信号采集设备

该部分以信号收发设备为核心，根据用户需求对天线运动轨迹、频率、发射功率等相关参量进行设定，实现对各种外围设备以及射频设备的控制，实时采集观测场景后向或非后向回波信号的幅度、相位等信息，并根据用户指定的数据格式和存储位置进行存放。

C)软件控制及数据存储设备

该部分以主控计算机(PC)为核心，PC中安装ASTRO系统控制软件，控制其他硬件设备并存储采集到的数据。

以上三项设备均通过集线器进行连接和通信。

本发明的一种二维轨道扫描成像观测(ASTRO)系统控制方法最核心的两个背景技术是计算机与运动控制卡的通信以及计算机与信号收发设备的通信。

计算机与运动控制卡(如多轴运动控制器，PMAC)的通信是通过下载运动程序和发送在线指令实现的。PMAC(Programmable Mulfi-AxisController)是美国Delta Tau公司推出的基于PC平台的开放式多轴运动控制器。它采用Motorola公司的DSP56系列高性能数字信号处理器作为CPU，是目前世界上功能最强大的运动控制器之一，具有最大的灵活性：一个运动控制卡可以同时控制1-8根轴，多个运动控制卡级联最多可以控制128根轴。本发明使用的系统中只需要控制一个坐标系中的两根轴就可以实现天线二维轨迹的运动。

运动控制卡具有执行程序(运动程序和PLC程序)、伺服环更新、资源管理等多种功能，依靠各个模块一起协同工作。为了实时显示和设置位置、速度等参数，需要获取相应的数据，本发明方法使用的获取方式是直接从相应的I／O及运动寄存器中采集。由于运动控制卡将运行过程中各个电机、编码器的各种数据自动存放在相应的I／O及运动寄存器中，因此用户只需要读取各个I／O及运动寄存器中的值就能得到需要的数据。由用户定义一个M变量，指向某一寄存器或内存，再通过该变量访问它指向的寄存器或内存，从而实现参数的显示和设置。运动控制卡可以通过PEWIN32环境进行调试，并验证相应的在线指令。

如果需要实现复杂的运动轨迹，则需要编写并执行相应的运动程序。运动控制卡的程序分为在前台实时运行的运动程序或者加工程序、在后台循环扫描运行的PLC程序。

A)运动程序

运动控制卡支持多达256个运动程序，这样分成程序块的目的是便于管理和调用。运动程序存放在运动控制卡的缓冲区中，需要发送执行的指令才能运行。

B)PLC程序

PLC(可编程逻辑控制)的工作原理是由CPU不停地扫描PLC程序，按照逻辑控制顺序逐句执行。在运动控制卡中，用户可以拥有64个PLC程序，其中32个编译的(经过编译器编译后的PLC，运行速度能够提高10倍以上)和32个未编译的。

C)PCOMM

运动控制卡为用户提供了动态链接库PCOMM来完成上位机同运动控制卡之间的数据交换。PCOMM动态库里包含有200多个库函数，由这些库函数同底层的虚拟设备驱动程序进行数据交换，然后由虚拟设备驱动程序直接和硬件交换数据。

PCOMM的基本功能有：初始化通信功能、ASCII通信功能、下载数据功能、双端口RAM通信及控制功能(需硬件支持)、中断功能(需硬件支持)和变量设置读取功能。

PCOMM中的常用函数有：

C1)BOOL OpenPmacDevice(DWORD dwDevice)

功能：为应用程序同运动控制卡交换数据开辟通道，用于应用程序的开始且必须使用。

参数：dwDevice为双字节型，表示卡号。

返回值：调用成功返回TRUE。

注意：必须同ClosePmacDevice函数成对使用。

C2)BOOL ClosePmacDevice(DWORD dwDevice)

功能：用来关闭同运动控制卡通信开辟的通道，释放系统资源，用于应用程序结束处。

参数：dwDevice为双字节型，表示卡号。

返回值：调用成功返回TR UE。

注意：必须同OpenPmacDevice函数成对使用。

C3)int PmacGetResponseA(DWORD dwDevice，PCHAR response，UINT maxchar，PCHAR conlnland)

功能：该函数是编制界面软件最重要的一个函数，主要用来向运动控制卡发送一条指令，并从运动控制卡得到响应，放到缓冲区中供用户处理。

参数：dwDevice是卡号，双字节型；response为得到的响应，字符串；maxchar是返回的字符最大长度；command是发送的命令字符串。

返回值：调用成功将返回包括握手协议字符在内的字符串长度，否则将返回空值

C4)BOOL PmacConfigure(HWND hwnd.DWORD dwDevice)

功能：调用此函数将打开通信配置对话框，其中包含一些重要的通信配置信息，如卡地址，通信类型(总线形式、串口号、通信波特率)等。配置完成后，程序自动将这些信息写入注册表，一般用于初次同卡进行通信时。

参数：hwnd是通信对话框母窗口的窗口句柄，整型；dwDevice是卡号，双字节型。

返回值：通信成功返回TRUE。

C5)void PmacDownloadFile(DWORD dwDevice，char*fname)

功能：该函数将指定文件下载到运动控制卡上。

参数：dwDevice是卡号，双字节型；fname为需要下载的文件名，字符指针，可带路径。

返回值：无。

在VC中使用动态链接库有两种方法，即显式链接和隐式链接。

隐式链接需要将PMAC.LIB文件接入项目中，并在头文件中声明需要用到的函数，然后才可以调用。

显式链接可以随时随地加载或卸载动态库。需要用到WINDOWS的几个API(应用程序编程接口)函数：

LoadLibrary：加载动态库；

GetProcAddress：取得相应函数地址；

FreeLibrary：卸载动态库。

本发明方法采用显示链接的方式进行通信。

计算机与信号收发设备的通信是通过加载信号收发设备(如：矢量网络分析仪)的动态链接库，并调用其功能函数实现的。网络分析仪是一种测试元器件性能的仪器。有标量网络分析仪和矢量网络分析仪之分。本发明的系统所采用的是可以同时测量被测网络幅度信息和相位信息的矢量网络分析仪。它通过测量被测网络对频率扫描和功率扫描测试信号的幅度与相位的影响，来精确地表征被测网络的传输性能。

矢量网络分析仪包括测量沿传输线行进的入射波、反射波和传输波。与入射波、传输波和反射波相关的二端口参数称为散射参数或S参数。S参数类似于反射和传输特性。当输出端匹配时，输入端的反射系数即为S11参数；当输入端匹配时，输出端的反射系数即为S22参数。S21参数与正向传输系数等效，S12参数与反向传输系数等效。矢量网络分析仪能方便快捷地测量出被测器件的四个S参数。

二维轨道扫描成像观测(ASTRO)系统控制方法通过动态链接库与矢量网络分析仪进行通信。以8753ES型号的矢量网络分析仪为例，通信和数据采集步骤如下：

步骤S1：将hp875x_32.lib包含到工程中，875x系列分析仪的库文件。

步骤S2：将875x_cpp.h、visa.h、visatype.h、vpptype.h包含到工程中，它们的作用是：

875x_cpp.h：875x系列网络分析仪的设备驱动；

visa.h：VISA3.0标准

visatype.h：基本的VISA数据类型及宏定义

vpptype.h：VXIplug&play设备驱动头文件

步骤S3：主要应用函数包括：

initialize(nwa，VI_FALSE，VI_TRUE，&vi)；初始化设备

hp875x_channelSelect(vi，hp875x_CHl)；选择通道

hp875x_frequency(vi，hp875x_FREQ_STRT_STOP，f_start，f_stop)；设置频率

hp875x_readTraceOrCalDataDos(vi，hp875x_FORM_OUTPUT，Dat，VI_NULL，num)；获取数据

hp875x_opc_Q(vi，″WAIT″，&reply)；等待分析仪结束

hp875x_close(vi)；关闭任务。

下面结合附图详细说明本发明技术方案中所涉及的各个细节问题。应指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

本发明的一种二维轨道扫描成像观测(ASTRO)系统控制方法，协调控制轨道运动设备、信号收发设备、天线设备、开关设备、转台设备和位置测量设备，实现各设备之间的通信和同步，获取测量数据，并进行测量数据的传输与存储。从而实现可控重复性微波成像研究，数据采集示意图如图1所示。本发明方法按照微波成像研究的数据采集流程进行，方法的总体框图如图2所示。

本发明的ASTRO系统控制方法包含“登录”模块、“启动系统”模块、“参数设置”模块和“数据采集”模块，用户顺序执行各个模块，通过设备接口对一个或多个设备进行控制，其中设备接口包括轨道运动设备接口、信号收发设备接口、天线设备接口、开关设备接口、转台设备接口和位置测量设备接口，实现数据采集，以上各模块的工作流程如图3所示，其包括步骤如下：

步骤S21：“系统登录”模块界面：如图4所示，该模块验证用户身份。

步骤S22：“启动系统”模块界面：如图5所示，该模块启动各项硬件设备，并进行轨道运动设备、信号收发设备、天线设备、开关设备、转台设备和位置测量设备中一个或多个设备的初始化。在实施中用于选择信号收发设备型号及对一个或多个设备进行初始化，主要包括信号收发设备的初始化和轨道运动设备的初始化。主要实现如下功能：

步骤S221：对信号收发设备进行初始化；

步骤S221的界面如图6所示，主要功能是选择信号收发设备型号及收发模式，其中，信号收发设备的型号由硬件决定，选择之后，则连接相应的动态链接库；收发模式由数据采集的需要决定，分为“1发1收”、“1发2收”、“1发3收”和“2发2收”四种模式，用于满足不同极化通道的数据采集需要。最后进行“VNA测试”，进行一次信号收发并将数据读取到计算机中，如果读取成功，则判定信号收发设备通信正常。

步骤S222：对轨道运动设备进行初始化；

步骤S222的界面如图7所示，主要功能是与轨道运动设备(运动控制卡)通信及设置二维轨道平面的坐标原点。首先进行“运动控制卡初始化”，向运动控制卡写入某用户变量，然后“测试”，如果输入参数和输出参数相等，则判定运动控制卡通信正常；第二步是设定原点，作用是设置运动平面坐标系的原点，将天线移动到原点位置，并在以后的数据采集过程中，以此处为原点定义其他位置的坐标。实现过程是分别将X轴和Z轴移动到需要的位置，然后“位置清零”。

“启动系统”模块主要函数包括：

(1)基本函数

CInitiaiDialog：：CInitiaiDialog(CWnd*pParent/*=NULL*/)

功能：构造函数。

BOOL CInitialDialog：：DestroyWindow()

功能：关闭通信、卸载动态链接库、销毁窗口。

void CInitialDialog：：DoDataExchange(CDataExchange*pDX)

功能：定义控件变量。

BOOL CInitialDialog：：OnInitDialog()

功能：初始化函数。用于定义窗口及控件的位置和大小，并加载运动控制卡的链接库。

void CInitialDialog：：OnSize(UINT nType，int cx，int cy)

功能：定义控件的位置和大小。

(2)与运动控制卡相关的函数

void CInitialDialog：：OnInitialtest()

功能：测试运动控制卡的通信状态。

void CInitialDialog：：OnPmactestinitial()

功能：备份运动控制卡的参数。

void CInitialDialog：：OnInitialhmz()

功能：用于轨道坐标清零。

void CInitialDialog：：OnInitialstartmove()

功能：下载运动程序，启动运动。

void CInitialDialog：：OnInitialstopmove()

功能：向轨道发送中断指令，中止运动。

void CInitialDialog：：OnTimer(UINT nIDEvent)

功能：实时读取轨道数据。

(3)与矢量网络分析仪相关的函数

void CInitialDialog：：OnModel1()

功能：选择矢网型号1。

void CInitialDialog：：OnModel2()

功能：选择矢网型号2。

void CInitialDialog：：OnPnainitial()

功能：矢网初始化。

void CInitialDialog：：OnRtmodel1()

功能：收发模式1。

void CInitialDialog：：OnRtmodel2()

功能：收发模式2。

void CInitialDialog：：OnRtmodel3()

功能：收发模式3。

void CInitialDialog：：OnRtmodel4()

功能：收发模式4。

步骤S23：“设置参数”模块：其界面如图8所示，该模块的功能是接收用户所设置的参数，并新建参数文件保存用户所设置的参数，参数文件中包括数据采集所需设备，采集参数和数据存放位置。

步骤S231：“运动模式”设置，其界面如图9所示，主要功能是进行运动方式和运动轨迹的设置。

运动方式包括“静止”、“走停走”和“走走”三种，如图10a、10b、10c所示。

运动轨迹可以使二维平面内的任意直线和曲线轨迹，由(1)式决定。

$\left\{\begin{array}{c}z=f\left(x\right)\\ x\∈(X_1,X_2)\\ z\∈(Z_1,Z_2)\end{array}\right.---\left(1\right)$

软件中已经根据数据采集的需要设定了四种运动轨迹，即“折线”、“圆周”、“正弦”和“多项式”曲线，如图11a、11b、11c、11d所示。

步骤S232：“轨迹起点”设置，主要功能是根据已经设定好的运动轨迹选择第一个采样点，针对以上四种运动轨迹，设置起点的方式分别如图12a、12b、12c、12d所示。对于折线，设定某一行的起始采样点坐标；对于圆周，设定起始点的俯角；对于正弦，设定起始位置和相位；对于多项式，设定曲线范围。

步骤S233：矢量网络分析仪参数设置，主要功能是设置矢量网络分析仪的参数，包括起始频率、终止频率、频率点数、触发方式、发射功率以及线缆长度等。

“设置参数”模块的主要函数包括：

(1)基本函数

CSetParaDialog：：CSetParaDialog(CWnd*pParent/*=NULL*/)

功能：构造函数。

BOOL CSetParaDialog：：DestroyWindow()

功能：关闭通信、卸载动态链接库、销毁窗口。

void CSetParaDialog：：DoDataExchange(CDataExchange*pDX)

功能：定义控件变量。

BOOL CSetParaDialog：：OnInitDialog()

功能：初始化函数。用于定义窗口及控件的位置和大小，并加载运动控制卡的链接库。

void CSetParaDialog：：OnSize(UINT nType，int cx，int cy)

功能：定义控件的位置和大小。

(2)与运动控制卡相关的函数

void CSetParaDialog：：OnSelline()

功能：选中折线运动。

void CSetParaDialog：：OnSelcurve()

功能：选中曲线运动。

void CSetParaDialog：：OnCirclemove()

功能：选中曲线运动中的圆周运动。

void CSetParaDialog：：OnSinemove()

功能：选中曲线运动中的正弦运动。

void CSetParaDialog：：OnPolymove()

功能：选中曲线运动中的多项式运动。

void CSetParaDialog：：OnMovetostart()

功能：将平台运动到轨迹的起点。

void CSetParaDialog：：OnPaint()

功能：绘图。

void CSetParaDialog：：DrawDiagram(CPaintDC*pDC)

功能：定义绘图区域。

void CSetParaDialog：：OnModelpreyiew()

功能：调用绘图函数，绘制轨道运动的轨迹。

void CSetParaDialog：：OnModelpart()

功能：调用绘图函数，绘制轨道运动的部分轨迹。

void CSetParaDialog：：OnSavepara()

功能：保存所设置的参数。

void CSetParaDialog：：OnTimer(UINT nIDEvent)

功能：实时读取轨道数据。

步骤S24：“数据采集”模块：其界面如图13所示，该模块的功能是读取步骤S13中的参数文件，通过本发明的ASTRO系统控制指令进行天线设备运动、信号产生、发射信号、接收信号、传输数据和存储数据。界面的左方是读入的参数，界面的右方是实时监控。该模块的功能是按照用户的需求设置相应的参数。该模块是本软件的核心部分，其功能是按照“设置参数”模块中所设置的轨迹以及相应参数进行数据采集。通过PC、运动控制卡、矢量网络分析仪之间的通信和数据交换来实现获取微波数据的目的。在采集过程中，采用图示的方式实时跟踪显示天线设备在二维平面中的位置；同时，将每个坐标处所采集的信号以波形的形式显示，可以直观地反映数据采集过程，如图14所示，其中“位置显示”用于显示天线的实时位置，红点即为天线当前的位置；“波形显示”用于显示分析仪在当前位置所接收的信号。

“数据采集”模块的主要函数包括：

(1)基本函数

GetDataDialog：：GetDataDialog(CWnd*pParent/*=NULL*/)

功能：构造函数。

BOOL GetDataDialog：：DestroyWindow()

功能：关闭通信、卸载动态链接库、销毁窗口。

void GetDataDialog：：DoDataExchange(CDataExchange*pDX)

功能：定义控件变量。

BOOL GetDataDialog：：OnInitDialog()

功能：初始化函数。用于定义窗口及控件的位置和大小，并加载运动控制卡的链接库。

(2)与运动控制卡、矢量网络分析仪相关的函数

void GetDataDialog：：OnPaint()

功能：绘图。

void GetDataDialog：：DrawDiagram(CPaintDC*pDC)

功能：定义绘图区域。

void GetDataDialog：：OnReadpara()

功能：读取采集参数。

void GetDataDialog：：OnSize(UINT nType，int cx，int cy)

功能：定义控件的位置和大小。

void GetDataDialog：：OnStartget()

功能：启动轨道、连接分析仪，进行数据采集。

void GetDataDialog：：OnStopget()

功能：中断数据采集，断开硬件设备的连接。

void GetDataDialog：：OnTimer(UINT nIDEvent)

功能：实时读取轨道数据。

步骤S25：“快视成像”模块：该模块属于数据处理的部分，只是集成于ASTRO系统控制方法中，不属于ASTRO系统控制的部分。

所述对各项设备的协调和同步控制，是指在“数据采集”模块的执行过程中，本发明的ASTRO系统控制方法协调和同步控制各项设备，实现数据采集，具体步骤如下：

步骤S31：“数据采集”模块根据用户设置参数计算得到天线设备在二维轨道平面上开始发射信号和接收信号时的运动轨迹上的离散坐标点。主要函数包括：

void GetDataDialog：：OnReadpara()

功能：从存储参数文件的目录中读取参数文件，并给参数进行赋值。如果是折线运动，参数包括列数、行数、列间距、行间距、X轴运动速度、Y轴运动速度；如果是圆周运动，参数包括长半轴、短半轴、角间隔、切速度；如果是正弦运动，参数包括终点x、终点相位、点数、幅度、速度；如果是多项式运动，参数包括各次项系数、样点数目、切速度。根据以上参数，可以计算出运动轨迹及运动轨迹上的离散坐标点。

步骤S32：“数据采集”模块向轨道运动设备的运动控制卡发送运动指令，根据“设置参数”模块设置的数据采集模式，运动控制卡接收运动指令后控制天线设备运动到指定位置，运动控制卡向“数据采集”模块反馈位置到达信号；主要函数包括：

(*pmaeget)(0，bufl，2，″#*j/″)；

功能：将*号轴进行使能；

(*Pmaedown)(0，″C：/Data/StartGet.pmc″)；

功能：向运动控制卡发送运动指令或运动程序；

(*pmacget)(0，bufl，2，″&lb3r″)；

功能：运动控制卡执行运动指令或运动程序；

(*pmacget)(0，bufp3，255，″p3″)；

功能：运动控制卡通过p3变量反馈位置到达信号；

步骤S33：“数据采集”模块接收步骤S32中的位置到达信号，并向信号收发设备发送信号收发指令，信号收发设备接收信号收发指令，进行一次信号的发射和接收，信号收发设备接收到的测量数据包括天线设备在轨道上的位置数据和天线的接收信号。若测量数据接收成功，向“数据采集”模块反馈成功信号；若测量数据接收不成功，向“数据采集”模块反馈失败信号；主要函数包括：

while(1)

if(！(Info.stopVNA＝＝1))

功能：信号收发设备等待信号收发指令；

pChanO-＞Single(true)；

pMeasO-＞QueryInterface(IID_IArrayTransfer，(void**)&pTrans0)；

功能：当收到信号收发指令后，进行一次信号的发射和接收；

pTransO-＞getSealar(naMeasResult，…，pScalarDataMag)；

pTransO-＞getScalar(naMeasResult，…，pScalarDataPhase)；

功能：分别存储幅度信号和相位信号，若接收成功，则反馈成功信号；

步骤S34：“数据采集”模块接收步骤S33的反馈信号，若为成功信号，向运动控制卡发送指令，轨道继续运动；若为失败信号，终止程序，退出“数据采集”模块；

步骤S35：循环执行步骤S32-S34，直到天线设备在步骤S31中所有的离散坐标点位置上的信号收发成功。

所述一个或多个设备的初始化，是采用获取设备用户变量的方式进行一个或多个设备的通信测试。包括步骤如下：

步骤S41：“启动系统”模块向一个或多个设备写入相应的用户变量集f(α₁，…，α_n，…α_N)，其中，α_n表示ASTRO系统控制方法定义的第n设备的用户变量，n∈[1，N]，N表示ASTRO系统控制方法所能控制的最大设备数目；以轨道运动设备为例，主要函数包括：

(*pmacget)(0，buftest，255，″p122＝100″)；//

功能：“启动系统”模块向轨道运动设备写入用户变量；

步骤S42：“启动系统”模块从相应设备中读取反馈的设备用户变量集F(β₁，…，β_m)，其中，β_m表示第m设备反馈的用户变量，m∈[1，N]；

(*pmacget)(0，buftest，255，″p122″)；

功能：“启动系统”模块从轨道运动设备读取反馈的用户变量；

步骤S43：“启动系统”模块比较写入的f(α₁，…，α_n，…α_N)和设备反馈的变量F(β₁，…，β_m)，若所有用户变量均有反馈，且符合设定的判断条件，则判定所有设备通信成功；若只有部分用户变量反馈，且符合设定的判断条件，则只有相应的部分设备通信成功，设定的判断条件可以为输入的变量与反馈的变量相等。

if(m_testpara_dou＝＝m_getpara_dou)；

功能：“启动系统”模块比较写入和反馈的用户变量；

这种采用传递参数的方式与运动控制设备进行通信测试的方法，是本发明的ASTRO系统控制方法所独有的特点。

所述“启动系统”模块、“参数设置”模块和“数据采集”模块中，本发明的ASTRO系统控制方法对轨道运动设备和转台设备的控制采用两种坐标系：在“启动系统”模块中，设置轨道运动设备和转台设备的绝对坐标系，并设置运动轨迹的原点O；在“参数设置”和“数据采集”模块中，若控制轨道运动设备，设置相对原点O的直角坐标系，若控制转台设备，设置相对原点O的圆柱坐标系或球坐标系；若同时控制轨道运动设备和转台设备，设置相对原点O的直角坐标系、圆柱坐标系或球坐标系。主要函数包括：

InitialMove.WriteString(″INC；″)；

功能：将轨道运动方式设置为增量方式，用运动量表示距离；

StartPoint.WriteString(″ABS；″)；

功能：将轨道运动方式设置为绝对运动模式，移动到某绝对坐标位置；

这种根据不同情况使用不同坐标方式的方法，是本发明的ASTRO系统控制方法所独有的特点。

所述“数据采集”模块中，本发明的ASTRO系统控制方法控制天线设备或转台设备的运动方向和速度，控制天线在轨道运动设备的二维轨道平面内进行直线、折线、圆周、椭圆、多项式曲线以及用户设定轨迹的运动，也可以控制转台的匀速圆周运动、加速圆周运动和变速圆周运动，并在界面上显示坐标轴的位置、运动方向、速度和跟踪误差。主要函数包括：

(*pmacget)(0，bufyp，255，″#*p″)；

功能：读取#*电机位置

(*pmacget)(0，bufyv，255，″#1v″)；

功能：读取#*电机速度

(*pmacget)(0，bufyf，255，″#1f″)；

功能：读取#*电机跟踪误差

y＝int(st+i*sh/(rownum+1+0.001))；

x＝int(sl+10+j*interval)；

功能：折线运动模式下的采样点位置；

x＝(sqrt(a*a*b*b/(b*b+a*a*tan(theta)*tan(theta))))；

if(theta＞0.5*pi&&theta<1.5*pi)x＝-x；

if(theta＞2.5*pi&&theta<3.5*pi)x＝-x：

y＝(b*sqrt(1-x*x/(a*a+0.1)))；

if(theta＞pi&&theta＜2*pi)y＝-y；

if(theta＞3*pi&&theta＜4*pi)y＝-y；

功能：圆周(椭圆)运动模式下的采样点位置；

x＝sl+i：

y＝s2-(int)(amplitude*sin(2*i*pi/(cycle+0.()()1)+startpha*pi))；

功能：正弦运动模式下的采样点位置；

x＝-1300+i*2600.0/sw；

y＝(double)(a+b*x+c*x*x+d*x*x*x)；

功能：多项式运动模式下的采样点位置；

所述根据“设置参数”模块设置的数据采集模式包括“静止”、“走停走”和“走走”三种模式，其中，“静止”模式下，天线设备相对轨道运动设备保持静止；“走停走”模式下，天线设备和信号收发设备通过ASTRO系统控制软件进行同步，天线在运动轨迹上的离散坐标点进行信号收发，信号收发期间，轨道运动设备或转台设备停止运动，停止时间为ΔT₁，信号收发完毕后，天线继续运动；“走走”模式下，天线设备和信号收发设备通过ASTRO系统控制指令进行同步，信号收发期间，轨道运动设备或转台仍然保持运动，每两个离散坐标点之间的采样时间为ΔT₂。

这种根据数据采集需要进行“静止”、“走停走”和“走走”不同模式的数据采集，是本发明的ASTRO系统控制方法所独有的特点。

所述信号收发设备，由频率生成器、混频器、射频放大器、带通滤波器、低噪声放大器和中频放大器组成，在ASTRO系统控制方法的控制下，产生不同频率、不同功率的信号，并接收观测场景所反射回来的信号。

所述测量数据，在“数据采集”模块中采用图形界面实时或准实时显示。显示的内容包括天线设备在二维平面中的坐标位置、转台设备的转角以及每个坐标处所采集的信号。

本发明的二维轨道扫描成像观测(ASTRO)系统控制方法，在“走停走”模式和“走走”模式下，天线设备需要停止的时间和天线设备的运动速度获取步骤如下：

步骤S101：“数据采集”模块获取用户所设置的信号收发参数；主要是指信号的收发模式、起始频率、终止频率、频率点数、触发方式、发射功率等参数，保证试运行和实际采集参数相同，从而保证所测时间的准确。

步骤S102：“数据采集”向信号收发设备发送指令，按照“设置参数”模块设置的参数进行一次信号采集，并记录所用的时间△t；主要函数包括：

LARGE_INTEGER   litmp；

LONGLONG   QPart1，QPart2；

double   dfMinus，dfFreq，dfTim；

QueryPerformanceFrequency(&litmp)；

dfFreq=(double)litmp.QuadPart；

功能：获得计数器的时钟频率，从而获取高精度的时间单位；

QueryPerformanceCounter(&litmp)；

QPart1=litmp.QuadPart；

功能：获得计时起点；

QueryPerformanceCounter(&litmp)；

QPart2=litmp.QuadPart；

功能：获得计时终点；

dfMinus=(double)(QPart2-QPart1)；

dfTim=(dfMinus／dfFreq)*1000；

功能：计算得到试运行所用的时间△t；

步骤S103：若为“走停走”数据采集模式，设置轨道运动设备等待数据采集的时间ΔT₁，并使ΔT₁>△t；若为“走走”数据采集模式，设置两个离散点之间信号采样时的运动时间ΔT₂，并使ΔT₂>△t，对应的两个离散点之间的距离为△d₂，相应的运动速度为△d₂／ΔT₂。

这种通过试运行获取收发时间间隔的方法，是本发明的ASTRO系统控制软件所独有的特点。

以上所述，仅为本发明软件中的具体实施方式，但本发明软件的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本软件发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种二维轨道扫描成像观测系统控制方法，通过设备接口对一个或多个设备进行协调和同步控制，实现各设备之间的通信和同步，获取测量数据，并进行测量数据的传输与存储；其特征在于，包括步骤如下：

步骤S21：进入“登录”模块，用户登录，验证用户身份；

步骤S22：进入“启动系统”模块，启动各项硬件设备，并进行轨道运动设备、信号收发设备、天线设备、开关设备、转台设备和位置测量设备中一个或多个设备的初始化；

步骤S23：进入“参数设置”模块，接收用户所设置的参数，并新建参数文件保存用户所设置的参数，参数文件中包括数据采集所需设备，采集参数和数据存放位置；

步骤S24：进入“数据采集”模块，读取步骤S23中的参数文件，通过ASTRO系统控制指令进行天线设备运动、信号产生、发射信号、接收信号、传输数据和存储数据。

2.根据权利要求1所述的二维轨道扫描成像观测系统控制方法，其特征在于，所述对各项设备的协调和同步控制，是指在“数据采集”模块的执行过程中，协调和同步控制各项设备，实现数据采集，具体步骤如下：

步骤S31：“数据采集”模块根据用户设置参数计算得到天线设备在二维轨道平面上开始发射信号和接收信号时的运动轨迹上的离散坐标点；

步骤S32：“数据采集”模块向轨道运动设备的运动控制卡发送运动指令，根据“设置参数”模块设置的数据采集模式，运动控制卡接收运动指令后控制天线设备运动到指定位置，运动控制卡向“数据采集”模块反馈位置到达信号；

步骤S33：“数据采集”模块接收步骤S3之中的位置到达信号，并向信号收发设备发送信号收发指令，信号收发设备接收信号收发指令，进行一次信号的发射和接收，信号收发设备接收到的测量数据包括天线设备在轨道上的位置数据和天线的接收信号；若测量数据接收成功，向“数据采集”模块反馈成功信号；若测量数据接收不成功，向“数据采集”模块反馈失败信号；

步骤S34：“数据采集”模块接收步骤S33的反馈信号，若为成功信号，向运动控制卡发送指令，轨道继续运动；若为失败信号，终止程序，退出“数据采集”模块；

步骤S35：循环执行步骤S32-S34，直到天线设备在步骤S31中所有的离散坐标点位置上的信号收发成功。

3.根据权利要求1所述的二维轨道扫描成像观测系统控制方法，其特征在于，所述步骤S22中的一个或多个设备的初始化，是采用获取设备用户变量的方式进行一个或多个设备的通信测试，包括步骤如下：

步骤S41：“启动系统”模块向一个或多个设备写入相应的用户变量集f(α₁，…，α_n，…α_N)，其中，α_n表示ASTRO系统控制方法定义的第n设备的用户变量，n∈[1,N］，N表示ASTRO系统控制方法所能控制的最大设备数目；

步骤S42：“启动系统”模块从相应设备中读取反馈的设备用户变量集F(β₁，…，β_m)，其中，β_m表示第m设备反馈的用户变量，m∈[l，N］；

步骤S43：“启动系统”模块比较写入的f(α₁，…，α_n，…α_N)和设备反馈的变量F(β₁，…，β_m)，若所有用户变量均有反馈，且符合设定的判断条件，则判定所有设备通信成功；若只有部分用户变量反馈，且符合设定的判断条件，则只有相应的部分设备通信成功，设定的判断条件为输入的变量与反馈的变量相等。

4.根据权利要求1所述的二维轨道扫描成像观测系统控制方法，其特征在于，所述“启动系统”模块、“参数设置”模块和“数据采集”模块中，对轨道运动设备和转台设备的控制采用两种坐标系：在“启动系统”模块中，设置轨道运动设备和转台设备的绝对坐标系，并设置运动轨迹的原点O；在“参数设置”和“数据采集”模块中，若控制轨道运动设备，设置相对原点O的直角坐标系，若控制转台设备，设置相对原点O的圆柱坐标系或球坐标系；若同时控制轨道运动设备和转台设备，设置相对原点O的直角坐标系、圆柱坐标系或球坐标系。

5.根据权利要求1所述的二维轨道扫描成像观测系统控制方法，其特征在于，所述“数据采集”模块，控制天线设备或转台设备的运动方向和速度，控制天线在轨道运动设备的二维轨道平面内进行直线、折线、圆周、椭圆、多项式曲线以及用户设定轨迹的运动，或控制转台的匀速圆周运动、加速圆周运动和变速圆周运动，并在界面上显示坐标轴的位置、运动方向、速度和跟踪误差。

6.根据权利要求2所述的二维轨道扫描成像观测系统控制方法，其特征在于，所述步骤S32中的数据采集模式，包括“静止”、“走停走”和“走走”三种模式，其中，“静止”模式下，天线设备相对轨道运动设备保持静止；“走停走”模式下，天线设备和信号收发设备通过ASTRO系统控制指令进行同步，天线在运动轨迹上的离散坐标点进行信号收发，信号收发期间，轨道运动设备或转台设备停止运动，停止时间为ΔT₁，信号收发完毕后，天线继续运动；“走走”模式下，天线设备和信号收发设备通过ASTRO系统控制指令进行同步，信号收发期间，轨道运动设备或转台仍然保持运动，每两个离散坐标点之问的采样时问为ΔT₂。

7.根据权利要求1、2或6所述的二维轨道扫描成像观测系统控制方法，其特征在于，所述信号收发设备，包括频率生成器、混频器、射频放大器、带通滤波器、低噪声放大器和中频放大器，在ASTRO系统控制方法的控制下，产生不同频率、不同功率的信号，并接收观测场景所反射回来的信号。

8.根据权利要求2所述的二维轨道扫描成像观测系统控制方法，其特征在于，所述测量数据，在“数据采集”模块中采用图形界面实时或准实时显示，显示的内容包括天线设备在二维平面中的坐标位置、转台设备的转角以及每个坐标处所采集的信号。

9.根据权利要求6所述的二维轨道扫描成像观测系统控制方法，其特征在于，所述“走停走”模式和“走走”模式下，天线设备需要停止的时间和天线设备的运动速度获取步骤如下：

步骤S101：“数据采集”模块获取用户所设置的信号收发参数；

步骤S102：“数据采集”模块向信号收发设备发送指令，按照“参数设置”模块设置的参数进行一次信号采集，并记录所用的时间Δt；

步骤S103：若为“走停走”数据采集模式，设置轨道运动设备等待数据采集的时间ΔT₁，并使ΔT₁>Δt；若为“走走”数据采集模式，设置两个离散点之间信号采样时的运动时间ΔT₂，并使ΔT₂>Δt，对应的两个离散点之间的距离为Δd₂，相应的运动速度为Δd₂／ΔT₂。

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