基于虛擬儀器技術(shù)的頻譜分析系統(tǒng)的設(shè)計

摘 要 本文介紹了基于虛擬儀器技術(shù)的頻譜分析系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)過程，該系統(tǒng)運用了計算機強大的數(shù)據(jù)處理能力，可以對各種波形信號進(jìn)行數(shù)字濾波、加窗處理、自相關(guān)分析、功率譜分析、幅度譜分析及相位譜分析等;該方法不僅降低了儀器的開發(fā)成本，提高了測試效率，同時還增強了設(shè)計的靈活性。

關(guān)鍵詞 頻譜 數(shù)據(jù)處理 功率譜 效率

中圖分類號：TP368.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，頻譜分析儀廣泛應(yīng)用于微波通信、雷達(dá)導(dǎo)航、電子對抗、空間技術(shù)、信號監(jiān)測、器件的特性分析等。但傳統(tǒng)的頻譜分析儀功能固定、價格昂貴、在靈活性方面存在一定局限;隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了以計算機為核心的虛擬儀器技術(shù)，該技術(shù)與傳統(tǒng)儀器相比虛擬儀器具有用戶自定義儀器功能、開發(fā)維護(hù)費用低、技術(shù)更新周期短、可與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)實現(xiàn)硬件資源的共享等優(yōu)點。

本文介紹了一種基于虛擬儀器技術(shù)的頻譜分析系統(tǒng)的設(shè)計方法，通過美國NI公司的圖形化編程開發(fā)平臺--LabVIEW，利用計算機的強大功能，實現(xiàn)了信號分析、數(shù)據(jù)處理、存儲以及圖形化顯示等，可廣泛用于測量測試領(lǐng)域。

1系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)的設(shè)計主要分為四個部分：信號獲取，信號分析與處理，信號顯示與存儲;系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

2.1信號獲取

本系統(tǒng)信號獲取方法主要包含：（1）仿真信號：利用LabVIEW中編程產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波、調(diào)幅波和公式波形等，同時可在這些信號加上不同類型噪聲。（2）真實采集信號：通過數(shù)據(jù)采集（DAQ）卡將模擬信號轉(zhuǎn)換為離散時間信號。（3）遠(yuǎn)程測試數(shù)據(jù)利用虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)獲取遠(yuǎn)程測試數(shù)據(jù)。（4）讀取歷史數(shù)據(jù)：通過波形讀取模塊輸入已經(jīng)存儲的數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步的分析和處理奠定基礎(chǔ)。

2.2信號分析與處理

本系統(tǒng)對獲得的信號進(jìn)行了數(shù)字濾波處理，加窗處理，幅度譜分析，相位譜分析，功率譜分析及自相關(guān)分析等。本系統(tǒng)采用多種IIR數(shù)字濾波器，如巴特沃思、切比雪夫、貝塞爾等濾波器;通過加窗方法來減少頻譜泄漏，包括：海寧窗、漢明窗等窗函數(shù);通過LabVIEW中的FFT Power Spectrum函數(shù)進(jìn)行功率譜分析;通過FFT Spectrum函數(shù)進(jìn)行幅度譜和相位譜分析;通過AutoCorrelation函數(shù)進(jìn)行自相關(guān)分析。

2.3信號顯示與存儲

本系統(tǒng)有五個波形顯示窗口：實時波形顯示、濾波后波形顯示、頻譜分析顯示、自相關(guān)分析顯示、濾波器幅頻響應(yīng)顯示。并且每個波形顯示窗口的橫縱坐標(biāo)都可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外本系統(tǒng)使用Write to Measurement File快速VI進(jìn)行測試數(shù)據(jù)的存儲，以便再次讀取該數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析。數(shù)據(jù)文件還可以通過Word，Excel等方式打開。

3系統(tǒng)實驗結(jié)果

頻譜分析系統(tǒng)的實驗結(jié)果如圖2所示。本系統(tǒng)分別顯示了包含均勻白噪聲的正弦波信號，通過低通濾波器處理后的信號，同時顯示該信號的頻譜信號。

4結(jié)論

本頻譜分析系統(tǒng)采用LabVIEW作為軟件開發(fā)平臺，編程方便、簡潔、高效，充分發(fā)揮計算機的能力，有強大的數(shù)據(jù)處理功能;該系統(tǒng)擴展性好，用戶可以根據(jù)自己的需要定義其他功能;圖形界面友好，操作簡單，人機交互性強，可廣泛用于信號監(jiān)測、特性分析等測量測試領(lǐng)域。

作者簡介：孟志鵬（1984.3-），男，漢族，黑龍江牡丹江市人，天津南大通用數(shù)據(jù)技術(shù)股份有限公司，碩士研究生，工程師，研究方向：大數(shù)據(jù)分析及通信與電子測控方向。

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