基于多线程技术的天线实时测量系统研究

基于多线程技术的天线实时测量系统研究

2019-04-14 23:00

  系统软件用户界面可以完成所有测量参数的输 入和设置并及时响应用户操作,除此线程外建立额外的工作者线程实现其他功能的并行工作,提高系统实时性,在用户 界面实时更新显示仪器的运行状态和系统的测量进度以供用户了解系统状态,同时对测量数据进行实时地读取和保存,便于后期的进一步处理和研究。

  随着计算机技术和现代电子测量技术在仪器领域的应用和普及,特别是电子测量仪器计算机接口及相应标准的出现,使得计算机与仪器间的通信简单易得,用户可以通过计算机程序进行仪器控制和数据读取与存储,这些技术的发展使得天线自动测量系统的实现成为可能。

  以往基于单线程的简单测量系统,对用户操作的响应以及多任务之间的切换需要使用“中断处理”来完 成,极大地影响了系统的实时性和工作效率,测量过程中软件进入数据读取与存储的循环过程,使得用户界面进入“假死”状态,无法对测量进行控制和了解系统测 量的实时进度。为了弥补这些不足,需要做到多任务的并行工作,而多线程技术以其避免阻塞、同时执行多项任务、减小运行过程和用户界面的相互影响,以及最大 程度地利用多处理器性能的独特优点很好地满足了这一要求。

  本文设计了一套基于多线程技术的天线实时测量系统,提供了布局简洁而功能完善的用户界面,可以完成 所有测量参数的输入和设置并及时响应用户操作,使用不同线程实现多个任务的并行工作,提高系统实时性,在用户界面实时更新显示仪器的运行状态和系统的测量 进度以供用户了解系统状态,同时实现了测量数据的实时读取和保存,便于后期的进一步处理和研究。

  本测量系统使用旋转天线测量法,辅助天线(源天线)连接到矢网发射端口,待测天线连接到矢网接收端 口,使待测天线的待测平面与转台旋转平面平行,使用矢网测量不同角度的传输参数(S 参数),49码出特公式利用这些数据便可以做出特定频率下的天线方向图。此外矢网的扫频特性为天线测量提供了另外一个优势,即在一次测量中,可以得到在某一频段内多个频 点的测量数据,可以通过对比不同频点的数据和天线方向图对天线的频率特性进行比较和分析。

  该测试系统由五部分组成:微波暗室,计算机(系统软件),矢量网络分析仪,程控转台和源天线 系统组成

  主控计算机与矢量网络分析仪通过LAN线互连,与传统的GPIB总线模式比较,突破了通信距离限制,具有数据流量大、控制灵活、易于设备共享、数据共享等优点。矢量网络分析仪用于扫频信号的发射与接收,源天线通过同轴线与连接到矢量网络分析仪功率发射端的功率放大器相连,待测天线通过同轴线与矢量网络分析仪的功率接收端口相连。

  用户界面部分,响应用户操作,将硬件设置传输到硬件接口部分,将输入数据送到数据处理部分,同时将数据处理部分送来的数据与状态信息显示给用 户,使用户可以便捷地完成测量控制与监控。数据处理部分,一方面将硬件接口传递来的数据与状态信息进行处理,转换为用户需要的格式以供显示和存储;另一方 面将用户设置的数据信息转换为数据指令交给硬件接口部分。

  (1)建立计算机与转台控制箱之间的通信:建立通道,使计算机可以读取转台实时运行状态,并可以随时控制转台以改变其运行状态。

  任意一个MFC 程序至少具有一个线程,也是程序的主线程。通过主线程能够生成或终止任意多的线程,主线程一直存在直至程序终止。其中用户界面线程是程序默认启动的主线 程,主要实现软件的运行和响应用户操作及控制。根据软件任务分析部分,在主线程中生成三个工作者线程,通过计算机与测量仪器的通信,完成仪器参数的设置以 及数据的实时采集、处理等后台工作。

  转台启动线程:首先进入等待状态,在矢网初始化以及数据文档建立完成后,向转台控制箱发送指令设置转台的运行参数使其开始运动,对应软件任务分析部分的任务(3),流程如图5所示。

  矢网工作线程:其功能为向矢网发送指令进行初始化设置,使矢网进入触发等待状态,并建立数据存储文 档,在测量过程中不断读取矢网的测量状态,每完成一次测量,将测量数据读取并保存到文档中,同时将测量进度显示到用户界面,对应软件任务分析部分的任务 (4)~(7),流程如图6所示。

  系统软件用户界面根据功能进行区域划分和布局,保证视图清晰和操作方便,如图7所示,其中序号标注的区域功能如下:

  (1)系统菜单:可以完成一些系统常规设置,如仪器切换,数据输出格式以及仪器运行方式的选择等。这些设置不需要经常改动,对于一般测试使用默认设置即可。

  (2)常用设置:用于输入矢网测量参数和转台运行参数,以及文件输出位置的选择和自定义文件名的输入。此部分为系统运行时经常需要改动的设置,与用户交互频繁。

  图7 用户界面主对线)测量控制:控制测量的启动与停止,也可以在非测量状态下控制转台的运行。用户对此部分进行操作便可完成对系统运行的控制,以及对转台进行位置调整等。

  本系统以计算机为核心,充分利用了实验室先进仪器的计算机通信接口,系统软件的用户界面布局清晰、 功能全面,减少了对仪器的直接操作,对贵重仪器起到了保护作用从而降低了维护费用。系统中使用矢量网络分析仪使 得系统具有一次性扫描测量便可获得多频点天 线数据的能力。编程中采用通用标准指令,增强了软件的可移植性和可扩展性。多线程技术的使用,实现了多任务的并行工作,满足了系统实时性要求,使用户可以 通过用户界面直观了解到系统运行状态及测量进度,同时还可将天线测量数据即时读取并保存,以便进一步处理和研究。

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