基于Lab Windows/CVI虛擬白噪聲仿真儀的設(shè)計(jì)

蘇州工業(yè)園區(qū)迪銳信信息科技有限責(zé)任公司 殷海東

蘇州偉盛置業(yè)有限公司 楊中華

基于Lab Windows/CVI虛擬白噪聲仿真儀的設(shè)計(jì)

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圖1 Logist方程迭代流程圖

隨著對(duì)混沌技術(shù)認(rèn)識(shí)的加深，混沌在很多領(lǐng)域都得到了廣泛深入的研究。在測(cè)控領(lǐng)域內(nèi)，混沌的研究也得到了廣泛的認(rèn)同。產(chǎn)生白噪聲所需要的設(shè)備極其復(fù)雜，用偽隨碼產(chǎn)生白噪聲還存在偽周期，而結(jié)合混沌的貌似噪聲，且狀態(tài)在某一范圍內(nèi)永遠(yuǎn)不會(huì)重復(fù)的遍歷性，可以看出用混沌產(chǎn)生的白噪聲不會(huì)存在周期性，并且是一種較好的產(chǎn)生白噪聲的方法。再者，混沌的初值敏感性也使得在測(cè)控領(lǐng)域中應(yīng)用混沌技術(shù)創(chuàng)建新的測(cè)試原理和方法，成為研究和探索的新課題。

1.基于Logist方程產(chǎn)生白噪聲的原理

1.1 Logist迭代方程原型［1］

Logist方程的具體形式為：

給定一初始值x1，經(jīng)方程迭代可以得到一系列的迭代值：

1.2 系統(tǒng)狀態(tài)xn與參數(shù)u的關(guān)系

系統(tǒng)狀態(tài)xn對(duì)參數(shù)u有很強(qiáng)的敏感性。參數(shù)u的數(shù)值不同，表征系數(shù)最終狀態(tài)的迭代值xn也不同。

當(dāng)0≤u≤1時(shí)，靜止?fàn)顟B(tài)：Logist方程迭代時(shí)間序列的終態(tài)xn=0，稱(chēng)穩(wěn)定于靜止?fàn)顟B(tài)；

當(dāng)1

當(dāng)3

當(dāng)u2

當(dāng)u3

2.基于Logist方程的虛擬白噪聲仿真儀的原理

2.1 觀察系統(tǒng)狀態(tài)變量xn隨參數(shù)u變化的分叉特性[2-4]

u在0～4范圍內(nèi)取不同值，對(duì)每個(gè)確定的u取相同的迭代初值x1，并按(式1)進(jìn)行迭代。Logist方程迭代流程圖[1、5]如圖1所示。

對(duì)流程圖最后輸出的迭代序列xn制作時(shí)序圖xn-n，即可觀察到xn隨參數(shù)u變化的分叉特性。

2.2 產(chǎn)生等效白噪聲的混沌序列

令u=4，Logist方程的具體形式為：

此時(shí)，通過(guò)輸入不同的初始值x1來(lái)觀察Logist方程的初值敏感性；也可以通過(guò)輸入不同的初始值x1來(lái)得到不同的混沌型白噪聲序列。改變一次初始值x1相當(dāng)于混沌白噪聲的一個(gè)實(shí)現(xiàn)。

3.虛擬白噪聲仿真儀的實(shí)現(xiàn)

3.1 仿真儀面板設(shè)計(jì)

進(jìn)入用戶界面編輯窗口，建立面板Panel。在Panel上添加如下控件：

四個(gè)數(shù)字型控件：鍵入Logist方程所用的參數(shù)u和數(shù)值x1；鍵入坐標(biāo)調(diào)整時(shí)的坐標(biāo)下限值和坐標(biāo)上限值，用以觀察所選時(shí)間段內(nèi)序列的特性。

三個(gè)命令控件：進(jìn)行仿真、關(guān)閉儀器和坐標(biāo)調(diào)整。

一個(gè)輸出顯示型圖形控件：用來(lái)顯示Logist方程迭代序列時(shí)序圖，其中橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示迭代的計(jì)算值xn，縱、橫坐標(biāo)的坐標(biāo)隨時(shí)間和幅值大小自動(dòng)調(diào)節(jié)。

設(shè)計(jì)完畢的儀器面板如圖2所示。

圖2 虛擬白噪聲仿真儀運(yùn)行效果圖

3.2 仿真儀軟件實(shí)現(xiàn)［1、6-7］

面板設(shè)計(jì)完畢后，選擇菜單Code→Generate→All Code，在彈出的面板中從Select panels to load display at startup中選擇PANEL，從Select Quit User Interface Callbacks中選擇Close，即可產(chǎn)生源代碼程序框架。在源代碼編輯窗口中添加代碼。

在工程文件窗口中選擇Edit→Add Fils to Project→source，添加C文件，matlabsrvr.c和matlabutil.c到工程文件，類(lèi)似方法添加matlabsrvr.h,matlabsrvr.fp,matlabutil.h，然后保存工程文件為WAVELETFilter.prj。

4.運(yùn)行校驗(yàn)

當(dāng)u=2時(shí)，任給x1=0.5，迭代序列穩(wěn)定于一個(gè)狀態(tài)0；

當(dāng)u=3.2時(shí)，任給x1=0.5，迭代序列穩(wěn)定于兩個(gè)狀態(tài)，表現(xiàn)為二分叉；

當(dāng)u=3.5時(shí)，任給x1=0.5，迭代序列穩(wěn)定于四個(gè)狀態(tài)，表現(xiàn)為四分叉，如圖2所示；

當(dāng)u=4時(shí)，任給x1=0.3，迭代序列表現(xiàn)為混沌型噪聲；

當(dāng)u=4時(shí)，任給x1=0.5，迭代序列表現(xiàn)為穩(wěn)定狀態(tài)0；

[1]劉君華.虛擬儀器編程語(yǔ)言LabWindows/CVI教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2002.

[2]劉君華.基于LabWindows/CVI的虛擬儀器設(shè)計(jì)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003.

[3]張鳳均.LabWindows/CVI開(kāi)發(fā)入門(mén)和進(jìn)階[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001.

[4]張毅剛,喬立巖.虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境Lab Windows/CVI 6.0[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

[5]龍志強(qiáng),趙海龍.虛擬儀器測(cè)試技術(shù)研究[J].儀表技術(shù),2000(3):17-19.

[6]盧曉紅.虛擬數(shù)字信號(hào)分析儀的研究與開(kāi)發(fā)[M].呼和浩特市:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,2003.

[7]吳正毅.測(cè)試技術(shù)與測(cè)試信號(hào)處理[M].北京:清華大學(xué)出版社,1999.

殷海東（1984—），男，江蘇濱海人，助理工程師，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)。

楊中華（1983—），男，江蘇濱海人，工程師，主要研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)。