基于LabVIEW和Maltab的虛擬實驗平臺構建

摘要： 線性調頻信號作為一種常用的雷達信號，可以提高發射的平均功率，保證足夠大的作用距離，其應用十分的廣泛。為了進一步增強學生的學習興趣、改善學生的學習環境，在此利用LabVIEW 和Matlab的混合編程技術設計了用于分析線性調頻信號的虛擬實驗平臺，主要包括線性調頻信號分析平臺和脈沖壓縮仿真平臺。操作方便，有利于學生更直觀地了解信號的時、頻域特征、更深刻地理解脈沖壓縮的過程和意義。最后提出了該實驗平臺在教學中的應用方法。

關鍵詞： 虛擬儀器； 線性調頻信號； 實驗平臺； 軟件開發

中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）06?0154?03

0 引 言

隨著集成電路、嵌入式技術的迅速發展，市場上的電子儀器不斷的更新，使得傳統儀器的缺陷日益凸顯，這對學校實驗室的建設提出了更高的要求。但市場上的新儀器價格較高，受到經費的限制，學校更新電子測量設備的能力有限，不利于提高教學質量和學習效率。隨著計算機技術的發展，電子測量設備正朝著虛擬化發展[1?3]。構建虛擬仿真教學平臺，則可以提高實驗效率、降低實驗成本，還可增強學生學習的積極性，并利用多媒體校園網等計算機技術[4?5]，實現教學手段的現代化。目前的流行的Matlab軟件[6?7]具有強大的運算分析能力，LabVIEW軟件具有優越的界面設計能力[8?9]，這些軟件的發展為虛擬實驗平臺的構建奠定了基礎。

本文以信號處理實驗為例，構建了用于分析線性調頻信號的虛擬實驗平臺。本文在分析線性調頻信號、脈沖壓縮等基本原理的基礎上，利用LabVIEW 和Matlab的混合編程技術構建了虛擬實驗平臺。該平臺主要包括線性調頻信號分析平臺和脈沖壓縮平臺2部分。

1 線性調頻信號分析平臺

2 脈沖壓縮仿真平臺

在普通脈沖雷達中，雷達的時寬?帶寬積為一常量，因此不能兼顧距離分辨力和速度分辨力兩項指標。

采用寬脈沖發射以提高發射的平均功率保證足夠大的作用距離，而在接收時則采用相應的脈沖壓縮法獲得窄脈沖，以提高距離分辨力，因而能較好地解決作用距離和分辨力之間的矛盾。線性調頻脈沖信號的脈沖壓縮可提供良好的距離分辨力和徑向速度分辨力。

根據雷達脈沖壓縮原理編寫了Matlab程序， 并利用混合編程設計了線性調頻（ LFM） 脈沖壓縮雷達仿真平臺，平臺涉及的雷達及目標相關參數如表1所示，可以自由的改變參數的大小。

圖3為本文實現的仿真平臺的操作界面。脈沖壓縮平臺的主體框架由參數輸入控制、 結果顯示控制2個部分構成。

其中參數輸入控制和結果顯示控制均為人機交互部分。參數輸入控制部分包括線性調頻信號的持續脈寬、線性調頻信號的調頻帶寬、每個目標相對雷達的距離等，如圖3（a）所示。

3 虛擬實驗平臺的應用

本文開發的虛擬實驗平臺，可以通過計算機網絡的共享、多媒體課件的設計應用到教學中，進一步提高教學質量和學習效率。

（1）計算機網絡的共享

教學實踐中，可以通過建立教學網站、或者FTP實現虛擬儀器軟件的共享。學生可以隨時下載軟件，隨時隨地進行運行、測試，以進一步鞏固所學的理論知識，不受實驗室工作時間的影響，可以進一步提高學習效率。

（2）多媒體課件的設計

將開發出的常用儀器軟件嵌入PowerPoint課件中，在課堂上講解理論知識時，利用虛擬儀器可以進行課堂演示，實現理論和實踐的結合。

4 結 語

為進一步提高學生的積極性，本文利用LabVIEW和Matlab軟件構建了虛擬實驗平臺，有利于提高實驗效率和實驗效果、改善理論教學效果、提高學生的學習積極性，解決了學生在學習抽象理論知識時無從下手的困惑。此外，虛擬實驗平臺功能的進一步擴展也是課題的下一步的研究方向。

參考文獻

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