[发明专利]一种适用于大规模阵列波束赋形的模块化高精度控制系统及方法

权利要求书

1.一种适用于大规模阵列波束赋形的模块化高精度控制系统，其特征在于：包括多个波束控制模块、上位机和移相器；采用内存储查找表的方式实现对需要配置的相位电压数据的存储与索引；上位机首先根据系统配置信息及工作模式计算生成对应的电压控制字，并以文本形式发送给波束控制模块，之后继续发送配置信息相关内容；每个波束控制模块接收并将文本和配置信息存入其内部相应内存空间后向上位机返回状态信息，表明数据已接收完毕；接着在上位机的控制下，波束控制模块通过接收上位机的波束位置信息从文本中读取对应的电压控制字，在同步信号的作用下按照数模转换的数据配置格式和读写时序要求完成对移相器控制电压的数模转换，将转换后的模拟电压输送给移相器，实现对每个阵列单元的相位调节，进而完成对二维面上的波束切换与电扫；

所述电压控制字为：根据波束扫描距离和扫描区域，计算得到每个扫描面上对于每一个位置点阵列单元需要补偿的相位值，再根据移相器的电压-相位关系表得到对应的控制电压值并通过DAC转换芯片将电压值转换为控制字形式写入文本存储；

所述波束控制模块包括主控芯片、DAC转换芯片、运算放大器和网口，所述主控芯片通过网口接收从上位机发送的电压数据和控制信息，并在相应的控制信号作用下通过时序操作以串行SPI形式将电压控制字输出至DAC转换芯片的数据输入端，DAC接收电压控制字，将电压控制字转换为模拟电压后经过运算放大器后输送至移相器的控制端。

2.根据权利要求1所述的一种适用于大规模阵列波束赋形的模块化高精度控制系统，其特征在于：所述主控芯片的型号为Zynq-7020,DAC转换芯片的型号为AD5668。

3.根据权利要求2所述的一种适用于大规模阵列波束赋形的模块化高精度控制系统，其特征在于：所述主控芯片的ARM端基于Linux系统通过以太网与上位机连接进行通信，数字逻辑部分在DAC时钟的下降沿将电压控制字输出给DAC转换芯片，DAC转换芯片有2个，每个能够独立控制8路电压转换。

4.根据权利要求1所述的一种适用于大规模阵列波束赋形的模块化高精度控制系统，其特征在于：所述控制信号包括距离信息和同步信号，其中距离信息以串口形式发送，同步信号形式为一定宽度的脉冲，通过距离信息从存储区读取相应地址的电压数据，在同步信号的上升沿开始进行DAC转换芯片的电压数据的配置，实现多模块之间的同步移相。

5.根据权利要求1所述的一种适用于大规模阵列波束赋形的模块化高精度控制系统，其特征在于：每个所述波束控制模块与上位机之间均采用以太网接口进行数据传输与指令交互，各个模块之间互相不受影响。

6.根据权利要求1所述的一种适用于大规模阵列波束赋形的模块化高精度控制系统，其特征在于：所述大规模阵列具有64个波束控制模块，每个波速控制模块控制16路移相器进行相位调节，上位机通过以太网交换机实现对每个波束控制模块的控制。

7.一种实现权利要求1-6任意之一所述的适用于大规模阵列波束赋形的模块化高精度控制系统的方法，其特征在于：每个波束控制模块基于Linux建立socket服务器，与上位机客户端通过以太网相连接，上位机根据阵列系统对波束扫描区域及扫描形式的需求，由波束形成原理计算每个通道需要改变的相位值，并根据模拟移相器工作特性曲线和DAC转换芯片特性将其转化为对应的电压控制字数据，通过TCP/IP协议经以太网口以文本形式发送给波束控制模块，波束控制模块在接收到电压控制字数据后将其存到RAM存储区中，实现上位机与波束控制模块间对电压控制字数据的传输与存储；当需要开始进行波束扫描时，所有波束控制模块在同步控制信号的作用下，根据不同波束扫描模式以查找表的方法从各自RAM中读取对应地址内的电压控制字数据，在数字逻辑时序控制下依次完成对16路移相器32bit的SPI电压配置，经数模转换及运放电路后将模拟控制电压输出给移相器；在工作时钟25MHz条件下，完成每个通道电压配置所需时钟数为32，实现快速波束响应与波束切换；通过对多模块移相器的工作电压进行同步控制完成对所有通路的相位调节，实现整个阵列在二维平面上的波束聚焦与波束扫描。