基于虛擬儀器技術的頻譜分析系統的設計

摘 要 本文介紹了基于虛擬儀器技術的頻譜分析系統的設計與實現過程，該系統運用了計算機強大的數據處理能力，可以對各種波形信號進行數字濾波、加窗處理、自相關分析、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成本，提高了測試效率，同時還增強了設計的靈活性。

關鍵詞 頻譜 數據處理 功率譜 效率

中圖分類號：TP368.2文獻標識碼：A

0引言

隨著電子技術的發展，頻譜分析儀廣泛應用于微波通信、雷達導航、電子對抗、空間技術、信號監測、器件的特性分析等。但傳統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;隨著信息技術的迅猛發展，出現了以計算機為核心的虛擬儀器技術，該技術與傳統儀器相比虛擬儀器具有用戶自定義儀器功能、開發維護費用低、技術更新周期短、可與網絡互聯實現硬件資源的共享等優點。

本文介紹了一種基于虛擬儀器技術的頻譜分析系統的設計方法，通過美國NI公司的圖形化編程開發平臺--LabVIEW，利用計算機的強大功能，實現了信號分析、數據處理、存儲以及圖形化顯示等，可廣泛用于測量測試領域。

1系統總體設計

本系統的設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;系統結構如圖1所示。

2系統功能模塊設計

2.1信號獲取

本系統信號獲取方法主要包含：（1）仿真信號：利用LabVIEW中編程產生正弦波、方波、三角波、鋸齒波、調幅波和公式波形等，同時可在這些信號加上不同類型噪聲。（2）真實采集信號：通過數據采集（DAQ）卡將模擬信號轉換為離散時間信號。（3）遠程測試數據利用虛擬儀器的網絡通信技術獲取遠程測試數據。（4）讀取歷史數據：通過波形讀取模塊輸入已經存儲的數據，為進一步的分析和處理奠定基礎。

2.2信號分析與處理

本系統對獲得的信號進行了數字濾波處理，加窗處理，幅度譜分析，相位譜分析，功率譜分析及自相關分析等。本系統采用多種IIR數字濾波器，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;通過LabVIEW中的FFT Power Spectrum函數進行功率譜分析;通過FFT Spectrum函數進行幅度譜和相位譜分析;通過AutoCorrelation函數進行自相關分析。

2.3信號顯示與存儲

本系統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、自相關分析顯示、濾波器幅頻響應顯示。并且每個波形顯示窗口的橫縱坐標都可以進行調節。此外本系統使用Write to Measurement File快速VI進行測試數據的存儲，以便再次讀取該數據進行進一步的分析。數據文件還可以通過Word，Excel等方式打開。

3系統實驗結果

頻譜分析系統的實驗結果如圖2所示。本系統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結論

本頻譜分析系統采用LabVIEW作為軟件開發平臺，編程方便、簡潔、高效，充分發揮計算機的能力，有強大的數據處理功能;該系統擴展性好，用戶可以根據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，可廣泛用于信號監測、特性分析等測量測試領域。

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

參考文獻

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