基于LABVIEW的虚拟频谱分析仪设计(20200910110147).pdfVIP

目录 1 设计任务 1 1.1 技术要求 1 1.2 设计方案 1 2 基本原理 1 3 建立模型 2 3.1 系统前面板设计 3 3.2 系统程序框图设计 3 3.3 系统程序运行结果 4 4 结论与心得体会 9 4.1 实验结论 9 4.2 心得体会 10 5 参考文献 10 基于 LABVIEW 的虚拟频谱分析仪设计 1 设计任务 1.1 技术要求 1）设计出规定的虚拟频谱分析仪，可对输入信号进行频域分析，显示输入信号的幅 度谱和相位谱等 2）设置出各个控件的参数； 3）利用 LabVIEW 实现该虚拟频谱分析仪的设计； 4）观察仿真结果并进行分析； 5）对该虚拟频谱分析仪进行性能评价。 1.2 设计方案 虚拟频谱分析仪的设计包括以下三个步骤： 1) 按照实际任务的要求，确定频谱分析仪的性能指标。 2) 按照实验原理想好设计思路， 并且完成电路图及程序， 然后在前面板和程序流程图 中实现。 3) 完成电路设计，运行程序并且检查，直至无误后观察仿真结果并且分心。 2 基本原理 本设计采用的是数字处理式频谱分析原理，方法为：经过采样，使连续时间信号变为 离散时间信号，然后利用 LabVIEW 的强大的数字信号处理的功能，对采样得到的数据进 行滤波、加窗、 FFT 运算处理，就可得到信号的幅度谱、相位谱以及功率谱。 FFT 的输出 都是双边的，它同时显示了正负频率的信息。 通过只使用一半 FFT 输出采样点转换成单边 FFT。FFT 的采样点之间的频率间隔是 fs/N ，这里 fs 是采样频率。 FFT 和能量频谱可以用 于测量静止或者动态信号的频率信息。 FFT 提供了信号在整个采样期间的平均频率信息。 因此， FFT 主要用于固定信号的分析（即信号在采样期间的频率变化不大）或者只需要求 取每个频率分量的平均能量。 在采样过程中，为了满足采样定理，对不同的频率信号，选用合适的采样速率，从而 防止频率混叠。实际中，我们只能对有限长的信号进行分析与处理，而进行傅立叶变换的 数据理论上应为无限长的离散数据序列，所以必须对无限长离散序列截断，只取采样时间 内有限数据。这样就导致频谱泄漏的存在。所以利用用加窗的方法来减少频谱泄漏。由于 取样信号中混叠有噪声信号，为了消除干扰，在进行 FFT 变换之前，要先进行滤波处理。 本设计采用了巴特沃斯（ Butterworth ）、切比雪夫（ Chebyshev）、椭圆（ Ellipse ）、贝塞 尔（ Bessel）等滤波器。 以下说明时域分析与频域分析的功能 1）信号的时域分析主要是测量测试信号经滤波处理后的特征值，这些特征值以一个 数值的方式来表示信号的某些时域特征，是对测试信号最简单直观的时域描述。将测试信 号采集到计算机后，在测试 VI 中进行信号特征值处理，并在测试 VI 前面板上直观地表示出 信号的特征值，可以给测试 VI 的使用者提供一个了解测试信号变化的快速途径。信号的特 征值分为幅值特征值、时间特征值和相位特征值。 2）信号的频域分析就是根据信号的频域描述来估计和分析信号的组成和特征量。测 量时采集到的是时域波形，但是由于时域分析工具较少，往往把问题转换到频域来处理。 频域分析包括频谱分析、功率谱分析、相干函数分析以及频率响应函数分析。通过信号的 频域分析，可以确定信号中含有的频率组成成分和频率分布范围；还可以确定信号中的各 频率成分的幅值和能量；同时还能分析各信号之间的相互关系。 3 建立模型 本设计中用 LabVIEW 中的信