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《计量与测试技术 》2007年第 34卷第 9期
基于 LabV IEW 和 MATLAB的频谱分析仪设计
Design on the V irtual Spectrum Analysis Instrum ent B ased on LabV IEW and MATLAB
陈华丽
(
武汉科技大学 ,湖北 武汉 430081
)
摘 要 :介绍了基于 LabV IEW和 MATLAB的虚拟频谱分析仪的设计过程。重点阐述了基于 LabV IEW 的前台用户界面设计、基于 MATLAB 的
后台信号分析算法研制两部分。该仪器充分发挥了 MATLAB的数值运算功能、LabV IEW 的动态显示和虚拟仪器特性 ,以极小的成本实现了传
统频谱分析仪的功能 ,且具有良好的扩展性和人机界面。
关键词 :图形化编程 ;频谱分析仪 ;虚拟仪器
1 引言
信号处理几乎涉及到所有的工程技术领域 ,而频
谱分析又是信号处理中一个非常重要的分析手段。
一般的频谱分析都依靠传统频谱分析仪来完成 ,价格
昂贵 ,体积庞大 ,不便于工程技术人员的携带。虚拟
频谱分析仪改变了原有频谱分析仪的整体设计思路 ,
用软件代替了硬件 ,使工程技术人员可以用一部笔记
本电脑到现场就可轻松完成信号的采集、处理及频谱
分析。
在工程领域中 ,LabV IEW 和 MATLAB是倍受程序
开发人员青睐的两种语言 ,对于一些需要做大量数据
运算处理的复杂应用以及某些复杂的频谱分析算法
LabV IEW 显得有些力不从心。而 MATLAB 不能实现
端口操作和实时控制 ,在界面方面也稍逊一筹。在实
际工程应用中将二者结合起来取长补短 ,具有非常实
用的价值。本文将重点介绍基于 LabV IEW 和 MAT2
LAB的虚拟频谱分析仪的设计。
2 基于 LabV IEW 和 MATLAB 的虚拟频谱分析仪的
设计
2. 1 基于 LabV IEW 的前台用户界面设计
信号分析模块的前面板设置了一个 W aveform
Graph控件进行波形显示 ,显示对信号进行各种分析
的结果。分析仪能够同时进行时域分析和频域分析 ,
时域分析包括微分、积分、卷积、自相关和互相关 ,频
域分析包括 FFT、Hilbert变换、小波变换、Hartley变换
和 IFFT变换 ,时域分析和频域分析可根据实际需要进
行扩展。该仪器还具有人机对话的功能 ,前面板上设
置了一组数字控件 ,可以输入或选择一些必要的参
数 ,如滤波器的截止频率、采样频率、采样点数、窗函
数类型以及窗函数长度。当然 ,前面板还可以根据需
要设置更多的 Graph控件和数字控件。图 1为信号频
谱分析仪的前面板。
2. 2 基于 MATLAB的后台信号分析算法研制
图 1 频谱分析仪的前面板
仪器流程的设计是根据仪器功能要求 ,利用虚拟
仪器开发平台所提供的子模板 ,确定程序的流程图和
主要的处理方法。不同的处理方法构造不同的虚拟
仪器 ,流程设计是虚拟仪器设计中的重点。
图 2 信号频谱分析仪的流程图
(
1
)
滤波器设置
实际中对模拟信号进行采样 ,需根据模拟信号的
最高截止频率 ,按照采样定理的要求选择采样频率 ,
即
Ω
s
Ε 2
Ω
c
,但考虑到信号的频谱不是锐截止的 ,因此
需要在采样之前加一保护性的低通滤波器 ,滤去高于
Ω
s
/2的一些无用的高频分量 ,以及滤去其它的一些杂
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