LabVIEW与MATLAB混合编程在数字天线阵列测试中的应用

数字天线阵列是天线和数字信号处理技术结合的产物，它具有工作方式灵活、抗干扰性能卓越和超角分辨等众多优点，因此在军事和民用领域都得到了广泛的应用。阵列系统的多天线单元和多收发通道必然带来阵列系统的误差，这些误差会引起系统性能的下降，甚至会使各种先进的信号处理算法完全失效。因此，必须对数字天线阵列系统进行校正。一般阵列天线校正和波瓣测量需要采集大量的数据，进行多次循环计算，工作效率低且动用的仪器设备众多。而LabVIEW作为软件化仪表在数据采集及控制、数据分析和显示等方面具有强大的功能，其支持的信号接口卡丰富，用户能够快捷方便地对各个输入数据参数进行即时设置和调试，程序运行结果也十分直观。因此在阵列天线测试中，LabVIEW的优势十分明显，它可以实现对大量通道信号同时采集和实时监控、分析等工作，这样既节省了资源，也简化了测试过程，提高了工作效率。

但是，LabVIEW在数值处理分析和算法工具等方面效率低、功能简单，不能满足工程上多方面的需求。而MATLAB因其强大的数学处理功能，特别是矩阵运算功能而广泛应用于工程分析。MATLAB的缺点是不方便实现实时操作和控制。因此在某接收数字天线阵列系统测试过程中，将LabVIEW和MATLAB结合运用，实现优势互补，完成了测试过程中数据采集、通道监视和最后验证等工作，为系统测试带来极大便利。

1 系统简介

在系统接收端，接收天线各单元通道将接收到的信号通过接收前端放大后，直接送到数字接收机和采集计算机。由数据采集卡对接收机输出的I/Q信号和天线方位等机械参数、触发信号进行采集和控制，并最终在终端控制处理讣算机上计算出天线波瓣图。系统工作过程如图1所示。

在测试过程中，采用LabVIEW设计用户图形界面，负责数据采集，并调用由MATLAB牛成的COM组件对象或者在后台直接调用MATLAB。LabVIEW中数据采集系统由采集硬件、硬件驱动程序和数据采集函数等组成。安装的硬件驱动程序包含了硬件可以接收的操作命令，在使用这些硬件之前，根据需要进行硬件和软件设置，以满足采样频率等方面的要求。水系统中采用NI公司的PCI-6534采集卡，LabVIEW通过控制数据采集卡对接收机输出的I／Q信号以及其他机械参数等进行采集。在完成采集卡的设置后，就可以进行采集和监控等工作。

2 系统软件的实现

下面将结合实例来介绍LabVIEW与MATLAB混合编程在天线测试过程中的具体应用。

2.1 LabVIEW与MATLAB的接口实现

LabVIEW已提供了MATLAB Script节点来调用MATLAB语言开发的算法，这实际上就是通过Activex控件与MATLAB Server进行通信，用该方法实现它们的混合编程简单实用，但是不能脱离MATLAB的环境，而只是将它在后台执行，因此十分不利于独立应用程序的开发。相对于此，有3种所谓无缝集成的方法即COM组件法、中间文件传递法以及VC++参数类型转化法。在本系统中，基于MATLAB平台，根据使用要求的不同，在通道监视中采用COM组什法，在测量验证中利用了 MATLAB Script节点。MATLABScript节点的调用十分简单，不再赘述，这里只简要介绍COM组件法。使用MATLAB的MATLAB Builderfor COM创建COM组件非常简单，只要创建工程、管理M文件和MEX文件、编译生成组件、打包和发布组件4个步骤。在MATLAB Builder for COM中创建对象(object)后，加入编写好的M文件，编译后生成一个dll文件(如test_1_0.dll)。然后在LabVIEW 中选择自动化引用(Automation Refnum)控制量，再从对象列表中选择自己生成的test 1.0 Type Library Version 1.0，这样该dll文件就添加到LabVIEW程序中。为简化访问自动化服务器的过程，LabVIEW提供了一组与组件操作相关的子VI(虚拟仪器)，其中Automation Open打开一个与COM对象相连的Refnum，然后Refnum能够传递给其他节点。值得注意的是，LabVIEW程序员必须清楚COM对象所返回的数据类型，如果选择了错误的数据类型，LabVIEW将反馈错误的信息。下面分别对测试过程中几个设计实例进行介绍。

2.2 通道监视

由于整个系统由多个通道构成，为了保证在校正过程中各个通道处于正常工作状态，在校正开始前需要对通道进行检查。同时，由于本系统工作频带位于民用通信频带内，为了避免其对校正过程的影响，也需要对外界电磁信号进行临视。因此，通道监视是确保校正顺利进行的重要一步。
图2是通道监视VI的前面板界面。图中使用了Dialog Tab Control控件，从而可以在多通道同时监控与单通道观测间切换。在该VI中，除了可以直观监视各个通道是否正常工作外，还可以测量、比较各个通道功率增益的差异，并完成对通道时域信号幅度、I／Q信号正交度等信息的监控。