一种机械螺旋天线阵列相位识别方法及多轴成像系统装置

1.本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种机械螺旋天线阵列相位识别方法及多轴成像系统装置。


背景技术：

2.机械螺旋天线阵列较于单螺旋天线有着快速扫描、波束形状捷变、空间功率合成、多波束形成能力等优点。然而机械螺旋天线阵列安装时，每个输出端口的相位往往不尽相同，而天线阵面辐射单元方向上的误差会引起口径场的相位分布的误差，以致引起天线增益下降、副瓣电平升高和波束指向不准确等，因此记录机械螺旋天线阵列的初始相位并调零是非常必要和重要的工作。
3.相位调零的目的是使得天线阵列在使用时，能够明确的知道每个单元天线所处的相位状态以及保证初始状态下阵列的轴向辐射。通常我们假设阵列的横向排列方向、正视角度的左端为零点，记录各端口所具有的初始相位，并按照此角度旋转相应的角度，使得天线阵列调致同一状态，这便是相控阵技术中非常关键的相位调零。
4.传统的调零方式，需要制作与所用阵列相匹配的工装，再人工依次调准每个单元天线的相位，整个流程较为费时费力，可重复性不强。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种机械螺旋天线阵列相位识别方法及多轴成像系统装置，旨在解决传统调零方式较为费时费力，可重复性不强的问题。
6.为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种机械螺旋天线阵列相位识别方法，包括以下步骤：
7.创建检测单元天线模型文件和检测单元天线中心和尾端模型文件；
8.摄像机拍摄天线阵列，所述单元天线模型文件识别所述天线阵列中所有单元天线，得到识别信息；
9.基于所述识别信息编写记录所有所述单元天线及其位置信息的程序，得到位置信息矩阵；
10.所述摄像机基于所述位置信息矩阵依次拍摄每个所述单元天线，得到每个单元天线图像；
11.通过所述单元天线中心和尾端模型文件识别所述单元天线图像中所述单元天线的中心和尾端，计算每个所述单元天线的初始相位值；
12.将所述初始相位值依次返回所述位置信息矩阵的相应位置，得到新加入一列单元天线初始相位的天线阵列相位矩阵。
13.其中，所述创建检测单元天线模型文件和检测单元天线中心和尾端模型文件的具体方式：
14.创建螺旋天线的数据集和螺旋天线的中心和尾端的数据集；
15.计算机对所述螺旋天线的数据集和所述螺旋天线的中心和尾端的数据集进行深度学习，得到所述单元天线模型文件和所述单元天线中心和尾端模型文件。
16.其中，所述计算机通过检测算法进行深度学习。
17.其中，所述摄像机拍摄天线阵列，所述单元天线模型文件识别所述天线阵列中所有单元天线，得到识别信息的具体方式：
18.摄像机拍摄天线阵列，得到拍摄结果，并将所述拍摄结果发送至计算机；
19.所述计算机调用所述单元天线模型文件识别所述拍摄结果中所有单元天线，得到识别信息。
20.其中，所述编写记录所有所述单元天线及其位置信息的程序，得到位置信息矩阵的具体方式：
21.编写顺序记录所述单元天线程序；
22.编写顺序记录所述单元天线的位置信息程序；
23.整理所述单元天线的程序和所述位置信息程序，得到所述位置信息矩阵。
24.其中，所述基于所述识别信息编写记录所有所述单元天线及其位置信息的程序，得到位置信息矩阵的具体方式：
25.基于所述识别信息编写顺序记录所述单元天线的程序；
26.基于所述识别信息编写顺序记录所述单元天线的位置信息程序；
27.整理所述单元天线的程序和所述位置信息程序，得到所述位置信息矩阵。
28.其中，所述摄像机基于所述位置信息矩阵依次拍摄每个所述单元天线，得到单元天线图像的具体方式：
29.基于所述位置信息矩阵改变所述摄像机的位置；
30.所述摄像机依次拍摄所述位置信息矩阵中的每个所述单元天线，得到所述单元天线图像。
31.其中，所述计算机调用所述单元天线中心和尾端模型文件识别所述单元天线图像中所述单元天线的中心和尾端，得到识别结果；
32.编写计算程序，并计算所述识别结果中每个所述单元天线的所述初始相位值。
33.其中，所述计算每个所述单元天线的初始相位值通过反正切函数进行计算。
34.其中，所述将所述初始相位值依次返回所述位置信息矩阵的相应位置，得到新加入一列单元天线初始相位的天线阵列相位矩阵的具体方式：
35.所述计算机将所述初始相位值返回所述位置信息矩阵；
36.所述初始相位值与对应所述单元天线进行配对，加入一列单元天线初始相位值信息，得到所述天线阵列相位矩阵。
37.第二方面，本发明还提供两种多轴成像系统装置，包括第一摄像机、机械臂、第二摄像机、第一导轨、第二导轨和滑轮，所述第一摄像机设置于所述滑轮一侧，所述滑轮设置于所述第一导轨上，所述第二摄像机设置于所述机械臂一侧，所述机械臂设置于所述第二导轨一侧。
38.本发明的一种机械螺旋天线阵列相位识别方法及多轴成像系统装置，创建检测单元天线模型文件和检测单元天线中心和尾端模型文件；摄像机拍摄天线阵列，所述单元天线模型文件识别所述天线阵列中所有单元天线，得到识别信息；基于所述识别信息编写记
录所有所述单元天线及其位置信息的程序，得到位置信息矩阵；所述摄像机基于所述位置信息矩阵依次拍摄每个所述单元天线，得到每个单元天线图像；通过所述单元天线中心和尾端模型文件识别所述单元天线图像中所述单元天线的中心和尾端，计算每个所述单元天线的初始相位值；将所述初始相位值依次返回所述位置信息矩阵的相应位置，得到新加入一列单元天线初始相位的天线阵列相位矩阵，该方法采用图像识别的方式，通过所述计算机深度学习训练物体识别模型，编写算法并借助机械辅助图像识别机械螺旋天线阵列中每个所述单元天线的初始相位，从而完成调零工作，相较于传统方式而言具有可重复性，也更快速也更便捷，具有更高的推广性，解决传统调零方式较为费时费力，可重复性不强的问题。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
40.图1是零相位角的单元天线示意图。
41.图2是单元天线识别算法流程图。
42.图3是单元天线识别示意图。
43.图4是中心和尾端识别流程图。
44.图5是单元天线相位识别示意图。
45.图6是本发明提供一种机械螺旋天线阵列相位识别方法的流程图。
46.图7多轴成像系统装置一的结构示意图。
47.图8多轴成像系统装置二的结构示意图。
48.1-第一摄像机、2-第一导轨、3-滑轮、4-机械臂、5-第二摄像机、6-第二导轨。
具体实施方式
49.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
50.请参阅图1至图6，第一方面，本发明提供一种机械螺旋天线阵列相位识别方法，包括以下步骤：
51.s1创建检测单元天线模型文件和检测单元天线中心和尾端模型文件；
52.具体方式：
53.s11创建螺旋天线的数据集和螺旋天线的中心和尾端的数据集；
54.s12计算机对所述螺旋天线的数据集和所述螺旋天线的中心和尾端的数据集进行深度学习，得到所述单元天线模型文件和所述单元天线中心和尾端模型文件。
55.具体的，所述计算机通过检测算法(yolov5)进行深度学习，假定所述单元天线的模型文件为trained1.pt，所述单元天线中心和尾端的模型文件为trained2.pt。
56.s2摄像机1拍摄天线阵列，所述单元天线模型文件识别所述天线阵列中所有单元
天线，得到识别信息；
57.具体方式：
58.s21摄像机1拍摄天线阵列，得到拍摄结果，并将所述拍摄结果发送至计算机；
59.s22所述计算机调用所述单元天线模型文件识别所述拍摄结果中所有单元天线，得到识别信息。
60.s3基于所述识别信息编写记录所有所述单元天线及其位置信息的程序，得到位置信息矩阵；
61.具体方式：
62.s31基于所述识别信息编写顺序记录所述单元天线的程序；
63.具体的，所述识别信息编写顺序记录所述单元天线的程序为detect1.py。
64.s32基于所述识别信息编写顺序记录所述单元天线的位置信息程序；
65.具体的，所述识别信息编写顺序记录所述单元天线的位置信息程序为detect1.py。
66.s33整理所述单元天线的程序和所述位置信息程序，得到所述位置信息矩阵。
67.s4所述摄像机1基于所述位置信息矩阵依次拍摄每个所述单元天线，得到单元天线图像；
68.具体方式：
69.s41基于所述位置信息矩阵改变所述摄像机1的位置；
70.s42所述摄像机1依次拍摄所述位置信息矩阵中的每个所述单元天线，得到所述单元天线图像。
71.s5通过所述单元天线中心和尾端模型文件识别所述单元天线图像中所述单元天线的中心和尾端，计算每个所述单元天线的初始相位值；
72.具体方式：
73.s51所述计算机调用所述单元天线中心和尾端模型文件识别所述单元天线图像中所述单元天线的中心和尾端，得到识别结果；
74.s52编写计算程序，并计算所述识别结果中每个所述单元天线的所述初始相位值。
75.具体的，所述识别程序为detect2.py，所述计算每个所述单元天线的初始相位值通过反正切函数进行计算。
76.s6将所述初始相位值返回所述位置信息矩阵，得到天线阵列相位矩阵。
77.具体方式：
78.s61所述计算机将所述初始相位值返回所述位置信息矩阵；
79.s62所述初始相位值与对应所述单元天线进行配对，得到所述天线阵列相位矩阵。
80.请参阅图7-图8，第二方面，本发明还提供了两种多轴成像系统装置，包括第一摄像机1、机械臂4、第二摄像机5、第一导轨2、第二导轨6和滑轮3，所述第一摄像1机设置于所述滑轮3一侧，所述滑轮3设置于所述第一导轨2上，所述第二摄像机5设置于所述机械臂4一侧，所述机械臂4设置于所述第二导轨6一侧。
81.在本实施方案中，包含两个技术，装置一，当拍摄阵列天线时，调整所述第一摄像机1通过所述滑轮3的作用在所述第一导轨2上的位置，使得所述第一摄影机1能够在平行于天线阵列的平面上移动来对准单元天线进行俯拍，先拍摄整个阵列，再拍单个单元天线，装
置二，当拍摄阵列天线时，调整所述机械臂4在所述第二导轨6上的位置，利用所述机械臂4自由移动来对准单元天线进行俯拍，使所述第二摄像机4能够完整拍摄整个阵列，也可以先拍整个阵列后，再拍单元天线，该技术使用机械臂4的好处就是自由度极高，但是相应的编程难度和设备成本就大大提升了，所述机械臂4组成的高自由度的机械结构能为所述第二摄像机5不同角度和不同位置的拍摄提供很好的辅助。
82.以上所揭露的仅为本发明一种专利名称较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

技术特征：
1.一种机械螺旋天线阵列相位识别方法，其特征在于，包括以下步骤：创建检测单元天线模型文件和检测单元天线中心和尾端模型文件；摄像机拍摄天线阵列，所述单元天线模型文件识别所述天线阵列中所有单元天线，得到识别信息；基于所述识别信息编写记录所有所述单元天线及其位置信息的程序，得到位置信息矩阵；所述摄像机基于所述位置信息矩阵依次拍摄每个所述单元天线，得到每个单元天线图像；通过所述单元天线中心和尾端模型文件识别所述单元天线图像中所述单元天线的中心和尾端，计算每个所述单元天线的初始相位值；将所述初始相位值依次返回所述位置信息矩阵的相应位置，得到新加入一列单元天线初始相位的天线阵列相位矩阵。2.如权利要求1所述的一种机械螺旋天线阵列相位识别方法，其特征在于，所述创建检测单元天线模型文件和检测单元天线中心和尾端模型文件的具体方式：创建螺旋天线的数据集和螺旋天线的中心和尾端的数据集；计算机对所述螺旋天线的数据集和所述螺旋天线的中心和尾端的数据集进行深度学习，得到所述单元天线模型文件和所述单元天线中心和尾端模型文件。3.如权利要求2所述的一种机械螺旋天线阵列相位识别方法，其特征在于，所述计算机通过检测算法进行深度学习。4.如权利要求1所述的一种机械螺旋天线阵列相位识别方法，其特征在于，所述摄像机拍摄天线阵列，所述单元天线模型文件识别所述天线阵列中所有单元天线，得到识别信息的具体方式：摄像机拍摄天线阵列，得到拍摄结果，并将所述拍摄结果发送至计算机；所述计算机调用所述单元天线模型文件识别所述拍摄结果中所有单元天线，得到识别信息。5.如权利要求1所述的一种机械螺旋天线阵列相位识别方法，其特征在于，所述基于所述识别信息编写记录所有所述单元天线及其位置信息的程序，得到位置信息矩阵的具体方式：基于所述识别信息编写顺序记录所述单元天线的程序；基于所述识别信息编写顺序记录所述单元天线的位置信息程序；整理所述单元天线的程序和所述位置信息程序，得到所述位置信息矩阵。6.如权利要求1所述的一种机械螺旋天线阵列相位识别方法，其特征在于，所述摄像机基于所述位置信息矩阵依次拍摄每个所述单元天线，得到单元天线图像的具体方式：基于所述位置信息矩阵改变所述摄像机的位置；所述摄像机依次拍摄所述位置信息矩阵中的每个所述单元天线，得到所述单元天线图像。7.如权利要求1所述的一种机械螺旋天线阵列相位识别方法，其特征在于，所述通过所述单元天线中心和尾端模型文件识别所述单元天线图像中所述单元天线
的中心和尾端，计算每个所述单元天线的初始相位值的具体方式：所述计算机调用所述单元天线中心和尾端模型文件识别所述单元天线图像中所述单元天线的中心和尾端，得到识别结果；编写计算程序，并计算所述识别结果中每个所述单元天线的所述初始相位值。8.如权利要求1所述的一种机械螺旋天线阵列相位识别方法，其特征在于，所述计算每个所述单元天线的初始相位值通过反正切函数进行计算。9.如权利要求1所述的一种机械螺旋天线阵列相位识别方法，其特征在于，所述将所述初始相位值依次返回所述位置信息矩阵的相应位置，得到新加入一列单元天线初始相位的天线阵列相位矩阵的具体方式：所述计算机将所述初始相位值返回所述位置信息矩阵；所述初始相位值与对应所述单元天线进行配对，加入一列单元天线初始相位值信息，得到所述天线阵列相位矩阵。10.多轴成像系统装置，应用于如权利要求1所述的一种机械螺旋天线阵列相位识别方法，其特征在于，包括第一摄像机、机械臂、第二摄像机、第一导轨、第二导轨和滑轮，所述第一摄像机设置于所述滑轮一侧，所述滑轮设置于所述第一导轨上，所述第二摄像机设置于所述机械臂一侧，所述机械臂设置于所述第二导轨一侧。

技术总结
本发明涉及数据处理技术领域，具体涉及一种机械螺旋天线阵列相位识别方法及多轴成像系统装置，创建检测单元天线模型文件和检测单元天线中心和尾端模型文件；拍摄天线阵列，单元天线模型文件识别天线阵列中所有单元天线；编写记录单元天线及其位置信息的程序，得到位置信息矩阵；基于位置信息矩阵依次拍摄每个单元天线，得到单元天线图像；单元天线中心和尾端模型文件识别单元天线图像中单元天线的中心和尾端，计算每个单元天线的初始相位值；将初始相位值返回位置信息矩阵，得到天线阵列相位矩阵，该方法采用图像识别，识别天线阵列中每个单元天线的初始相位，完成调零工作，较传统方式而言具有可重复性，更加快捷。更加快捷。更加快捷。


技术研发人员：郭畅 邱嵩 王邦继 刘庆想
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2022.10.24
技术公布日：2023/7/31