一种多探头阵列微波成像系统及开关控制方法技术方案

针对常规开关控制软件编码实现方法中存在着操作系统延时、总线通信延时、软件中断延时等多种延迟时间，进而造成测量速度慢、测试效率低的缺点，本发明专利技术提出一种利用系统主机触发脉冲信号的多探头阵列微波成像系统与开关控制方法，包括：主控计算机、微波信号收发与数据采集设备、开关阵列、多探头天线收发阵列、开关控制模块，除启动命令外，整个控制过程均由硬件触发脉冲作用实现，不存在软件干预，大大提高实时性与稳定性；硬件脉冲信号的使用，有效避免了软件编码控制过程中的操作系统延时、总线通信延时、软件中断延时等多种延迟时间，实现了整个控制流程中的最小延迟控制。

【技术实现步骤摘要】
一种多探头阵列微波成像系统及开关控制方法
本专利技术涉及微波领域，特别涉及一种多探头阵列微波成像系统，还涉及一种多探头阵列微波成像系统的开关控制方法。
技术介绍
多探头天线阵列微波成像系统，不需要被测目标与测试设备的相对运动，具有测试速度快、操作方便、设备组成简洁等优点，目前已成为微波成像领域，特别是实时成像领域的研究与发展重点。多探头阵列微波成像系统利用按照一定规则布置的多探头阵列，结合高速电子开关进行收发探头天线的切换来实现空间分辨率。如何协调控制开关切换与主机数据采集时序，不仅关系到数据采集的准确度，还直接影响数据采集速度，进而影响成像测试效率。目前常规多探头阵列微波成像系统实现原理如图1所示，主要由主控计算机、微波信号收发与数据采集设备、开关阵列、多探头天线收发阵列、开关控制处理模块等部分组成。系统利用按照一定规则布置的多探头阵列，结合高速电子开关进行收发探头天线的切换来实现空间采样等效，进而实现机械扫描系统的高空间成像分辨率。现有技术是利用主控计算机完成数据采集与开关切换的软件同步与控制。原理为：主控计算机将开关控制命令通过通用接口(LAN/GPIB/串口/并口)发送，开关控制处理模块接收该命令并经格式与电平转换处理，变换成开关阵列可以接收的数据形式，完成开关阵列切换控制。主控程序设定固定延迟，等待并确保开关切换到位，主控计算机控制微波设备完成该收发天线组合下的数据采集，依次控制开关切换与数据采集，最终完成全部天线组合的数据采集，最后利用软件完成成像处理。如图1所示的开关控制方法是通过软件编码控制实现，控制流程如图2所示，由于控制流程为单向，没有反馈信号的参与，无法实现开关切换与数据采集完成的识别，只能通过软件设定固定延迟的办法来实现，为了保证数据采集的正确性，该延迟时间设定值通常比实际数据采集时间大很多，最终造成每两组开关切换控制命令间的延迟时间很长，总的测试时间耗费较大，测试效率低，不利于实时成像。
技术实现思路
本专利技术针对常规开关控制软件编码实现方法中存在着操作系统延时、总线通信延时、软件中断延时等多种延迟时间，进而造成测量速度慢、测试效率低的缺点，提出一种利用系统主机触发脉冲信号的多探头阵列微波成像系统与开关控制方法，在保证采集数据准确度的同时，可以实现最小延迟等待时间，达到提高数据采集速度与成像测试效率的目的。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种多探头阵列微波成像系统，包括：主控计算机、微波信号收发与数据采集设备、开关阵列、多探头天线收发阵列、开关控制模块；系统开机上电后，主控计算机的主控软件对微波信号收发与数据采集设备主机进行初始化操作，微波信号收发与数据采集设备主机等待外部触发脉冲信号；主控软件启动测试命令经串口发送到开关控制模块，开关控制模块的串口数据译码器对所述命令译码，产生触发启动脉冲发生器内部程序，启动脉冲发生器输出的脉冲信号首先作为复位信号，强制清零脉冲计数器并复位开关控制编码发生器，使开关控制编码发生器产生开关组合1切换所需的并行控制数据；随后，所述脉冲信号经TRGOUT1接口送微波信号收发与数据采集设备主机TRGIN接口，主机启动测试，完成开关组合1对应数据的采集，并产生数据采集完成脉冲信号经TRGOUT接口送入开关控制模块TRGIN1接口，开关控制模块依据该脉冲信号进行两项操作，一是脉冲计数，并产生同步开关控制数据，控制开关切换到下一开关组合，二是将该脉冲信号整形处理后转发至模块TRGOUT1接口，触发主机开始该开关组合对应数据的采集，主机完成该开关组合对应数据的采集后发出触发脉冲信号，在系列脉冲信号作用下，系统完成设置开关组合数的数据采集。可选地，所述开关控制模块包括：串口数据译码器，完成微波信号收发与数据采集设备主机发送测试启动命令的串并转换；启动脉冲发生器将主机启动命令转换为启动脉冲信号，该脉冲信号首先作为使能信号，用于脉冲计数器的复位清零与开关控制编码发生器的初始数据复位；随后，该脉冲信号经TRGOUT1接口送微波信号收发与数据采集设备主机TRGIN接口，主机启动测试；脉冲计数器为累加计数器，用于对系统主机产生的触发脉冲信号计数，当计数值等于系统成像所需的所有天线组合总数时，计数器清零；开关控制编码发生器产生开关阵列控制并行码，其内部依据设置好的开关组合控制码编写控制码矩阵，依据上一级脉冲计数器计数值输出对应控制码；脉冲合成器将启动脉冲发生器产生脉冲与TRGIN1接口接收系统主机触发输出脉冲合并成一路脉冲串输出，该脉冲串用于触发主机开始不同开关通道数据的采集，该脉冲串需要经过脉冲整形电路处理后，再经TRGOUT1接口输出到主机TRGIN接口。可选地，所述串口数据译码器、启动脉冲发生器、脉冲计数器、开关控制译码发生器和脉冲合成器通过可编程逻辑器件实现，脉冲整形电路为外部电路。可选地，所述微波信号收发与数据采集设备主机工作于单次扫描模式，扫描点数为一次成像测试所需的全部收发天线组合对应开关阵列组合的总数，当完成全部开关组合对应数据采集后，主机停止工作，主控软件存储采集的数据并进行成像处理，一次成像测试结束。基于上述系统，本专利技术还提供了一种多探头阵列微波成像系统开关控制方法，包括以下步骤：首先，系统开机上电完成初始化操作；下一步，启动测试命令；下一步，对命令译码并复位开关控制模块；下一步，控制开关切换到开关组合1；下一步，触发脉冲启动主机采集开关组合1对应数据；下一步，开关组合1数据采集完成，主机触发脉冲输出；下一步，控制开关切换到下一组合；下一步，触发脉冲启动主机采集该开关组合对应数据；下一步，该开关组合数据采集完成，主机触发脉冲输出；接下来，判断全部开关组合数据是否采集完毕，如果未采集完毕，控制开关切换到下一组合；如果采集完毕，数据存储与处理，一次成像测试结束。可选地，系统开机上电后，主控计算机上的主控软件完成微波信号收发与数据采集设备主机的初始化操作，此时微波信号收发与数据采集设备主机等待外部触发脉冲信号；主控软件启动测试命令经串口发送到开关控制模块，开关控制模块的串口数据译码器对命令译码产生触发启动脉冲发生器内部程序，该脉冲信号首先作为复位信号，强制清零脉冲计数器并复位开关控制编码发生器，使开关控制编码发生器产生开关组合切换所需的并行控制数据；随后，该脉冲信号经TRGOUT1接口送主机TRGIN接口，主机启动测试，完成开关组合1对应数据的采集，并产生数据采集完成脉冲信号经TRGOUT接口送入开关控制模块TRGIN1接口，开关控制模块依据该脉冲信号进行两项操作，一是脉冲计数，并产生同步开关控制数据，控制开关切换到下一开关组合，二是将该脉冲信号整形处理后转发至开关控制模块TRGOUT1接口，触发主机开始下一开关组合对应数据的采集，主机完成该开关组合对应数据的采集后，发出触发脉冲信号；当完成全部开关组合对应数据采集后，主机停止工作，主控软件存储采集的数据并进行成像处理，一次成像测试结束。可选地，所述初始化操作包括：设置主机工作于点频、外触发、单次扫描模式，扫描点数为一次成像测试所需的全部收发天线组合对应开关阵列组合的总数。可选地，所述串口数据译码器、启动脉冲发生器、脉冲计数器、开关控制译码发生器和脉冲合成器通过可编程逻辑器件实现，脉冲整形电路为外部电路。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多探头阵列微波成像系统，其特征在于，包括：主控计算机、微波信号收发与数据采集设备、开关阵列、多探头天线收发阵列、开关控制模块；系统开机上电后，主控计算机的主控软件对微波信号收发与数据采集设备主机进行初始化操作，微波信号收发与数据采集设备主机等待外部触发脉冲信号；主控软件启动测试命令经串口发送到开关控制模块，开关控制模块的串口数据译码器对所述命令译码，产生触发启动脉冲发生器内部程序，启动脉冲发生器输出的脉冲信号首先作为复位信号，强制清零脉冲计数器并复位开关控制编码发生器，使开关控制编码发生器产生开关组合1切换所需的并行控制数据；随后，所述脉冲信号经TRG OUT1接口送微波信号收发与数据采集设备主机TRG IN接口，主机启动测试，完成开关组合1对应数据的采集，并产生数据采集完成脉冲信号经TRG OUT接口送入开关控制模块TRG IN1接口，开关控制模块依据该脉冲信号进行两项操作，一是脉冲计数，并产生同步开关控制数据，控制开关切换到下一开关组合，二是将该脉冲信号整形处理后转发至模块TRG OUT1接口，触发主机开始该开关组合对应数据的采集，主机完成该开关组合对应数据的采集后发出触发脉冲信号，在系列脉冲信号作用下，系统完成设置开关组合数的数据采集。...

【技术特征摘要】
1.一种多探头阵列微波成像系统，其特征在于，包括：主控计算机、微波信号收发与数据采集设备、开关阵列、多探头天线收发阵列、开关控制模块；系统开机上电后，主控计算机的主控软件对微波信号收发与数据采集设备主机进行初始化操作，微波信号收发与数据采集设备主机等待外部触发脉冲信号；主控软件启动测试命令经串口发送到开关控制模块，开关控制模块的串口数据译码器对所述命令译码，产生触发启动脉冲发生器内部程序，启动脉冲发生器输出的脉冲信号首先作为复位信号，强制清零脉冲计数器并复位开关控制编码发生器，使开关控制编码发生器产生开关组合1切换所需的并行控制数据；随后，所述脉冲信号经开关控制模块TRGOUT1接口送微波信号收发与数据采集设备主机TRGIN接口，微波信号收发与数据采集设备主机启动测试，完成开关组合1对应数据的采集，并产生数据采集完成脉冲信号经微波信号收发与数据采集设备主机TRGOUT接口送入开关控制模块TRGIN1接口，开关控制模块依据该脉冲信号进行两项操作，一是脉冲计数，并产生同步开关控制数据，控制开关切换到下一开关组合，二是将该脉冲信号整形处理后转发至开关控制模块TRGOUT1接口，触发微波信号收发与数据采集设备主机开始该开关组合对应数据的采集，微波信号收发与数据采集设备主机完成该开关组合对应数据的采集后发出触发脉冲信号，在系列脉冲信号作用下，系统完成设置开关组合数的数据采集。2.如权利要求1所述的多探头阵列微波成像系统，其特征在于，所述开关控制模块包括：串口数据译码器，完成微波信号收发与数据采集设备主机发送测试启动命令的串并转换；启动脉冲发生器将微波信号收发与数据采集设备主机启动命令转换为启动脉冲信号，该脉冲信号首先作为使能信号，用于脉冲计数器的复位清零与开关控制编码发生器的初始数据复位；随后，该脉冲信号经开关控制模块TRGOUT1接口送微波信号收发与数据采集设备主机TRGIN接口，微波信号收发与数据采集设备主机启动测试；脉冲计数器为累加计数器，用于对微波信号收发与数据采集设备主机产生的触发脉冲信号计数，当计数值等于系统成像所需的所有天线组合总数时，计数器清零；开关控制编码发生器产生开关阵列控制并行码，其内部依据设置好的开关组合控制码编写控制码矩阵，依据上一级脉冲计数器计数值输出对应控制码；脉冲合成器将启动脉冲发生器产生脉冲与开关控制模块TRGIN1接口接收微波信号收发与数据采集设备主机触发输出脉冲合并成一路脉冲串输出，该脉冲串用于触发微波信号收发与数据采集设备主机开始不同开关通道数据的采集，该脉冲串需要经过脉冲整形电路处理后，再经开关控制模块TRGOUT1接口输出到微波信号收发与数据采集设备主机TRGIN接口。3.如权利要求2所述的多探头阵列微波成像系统，其特征在于，所述串口数据译码器、启动脉冲发生器、脉冲计数器、开关控制编码发生器和脉冲合成器通过可编...

【专利技术属性】
技术研发人员：常庆功，王亚海，胡大海，唐敬双，杜刘革，周杨，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37