matlab频谱分析仪
- 格式：doc
- 大小：590.50 KB
- 文档页数：18
频谱分析仪
摘要 频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，是一种多用途的电子测量仪器。随着软硬件技术的发展，仪器的智能化与虚拟化已成为未来实验室及研究机构的发展方向。虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统，且功能灵活，很容易构建，所以应用面极为广泛。本文介绍了一种使用GUI工具箱用matlab实现的简易虚拟频谱分析仪的设计方法。
关键词 matlab，频谱分析仪，时域分析，频域分析
目录
1概述 3
2技术路线 4
3实现方法 5
3.1搭建GUI界面 5
3.2信号输入 6
3.2.1选择信号输入 6
3.2.2声卡输入 7
3.2.3读取wav文件 7
3.2.4信号发生器输入 7
3.3时域分析 8
3.4频域分析 9
3.5仿真 10
3.5.1声卡输入 10
3.5.2读取wav文件 10
3.5.3信号发生器 11
4存在的问题 15
5致谢 15
参考文献 15
1概述
MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件。可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。图形用户界面(Graphical User Interface，简称GUI，又称图形用户接口)是指采用图形方式显示的计算机操作用户界面。与早期计算机使用的命令行界面相比，图形界面对于用户来说在视觉上更易于接受。MATLAB自带了强大的GUl工具[1]。在本文中，将利用MATLAB的GUI工具，设计出数字频谱分析仪。
频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。它又可称为频域示波器、跟踪示波器、分析示波器、谐波分析器、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等。现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果，能分析1赫兹以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号[2]。目前已经有许多较成熟的频谱分析软件，如SpectraLAB、RSAVu、dBFA等[3]。本文将给出的则是通过MATLAB软件实现的基于FFT的数字频谱分析仪。
FFT（Fast Fourier Transformation），即为快速傅氏变换，是离散傅氏变换的快速算法，它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。它对傅氏变换的理论并没有新的发现，但是对于在计算机系统或者说数字系统中应用离散傅立叶变换，可以说是进了一大步[4]。
通过此次设计，能进一步掌握MATLAB软件开发过程的基本理论、基本知识和基本技能，熟悉基于MATLAB平台的若干信号处理系统开发及调试方法，且成本低，易于实现，容易修改，并可以进行仿真。该设计的进行可以为我们以后的学习工作奠定一定的基础。
2技术路线
本次设计的频谱分析仪模块划分如图1所示：
图1 频谱分析仪模块划分
3实现方法
3.1搭建GUI界面
此次设计搭建的GUI见面如图2所示：
图2 GUI界面
最上方为标题区，用于显示软件标题等信息。再往下是信号输入区，首先应输入采样频率和采样点。信号有3种输入方式，包括声卡输入，读取WAV文件和信号发生器输入。在信号发生器中加入了信号叠加选项，从而可以将产生的信号与原有的信号进行混迭。只有当某个单选框被选中时才允许使用对应的输入框、按钮等。
输入区右边为分析区，除了对wav文件进行播放外，还可以对信号进行时域分析和频域分析，该软件的核心代码都在这两个按钮的回调函数中。
再下方为分析结果区，用于显示波形基本参数与统计量的计算结果，
Axes1为波形显示区，在录音结束、打开WAV文件成功或者信号发生器生成波形时会更新显示。Axes2为频谱图显示区，用于显示各种频谱的谱线，在点击频域分析后会更新显示。点击频谱类型可以显示不同的频谱图。本次设计提供了幅频特性分析和相频特性分析。
3.2信号输入
3.2.1选择信号输入
开始使用频谱分析仪时，除了需要设定采样频率和采样点数外，还需要选择信号输入方式，本次设计提供三种输入，分别是：声卡录音，读取wav文件和信号发生器。其代码如下（仅以选择声卡输入为例）：
function record_Callback(hObject, eventdata, handles)
set(handles.record,'value',1);
set(handles.wavfile,'value',0);
set(handles.wave,'value',0);
h=findobj('Tag','recordtime');
set(h,'enable','on');
h=findobj('Tag','startrecord');
set(h,'enable','on');
h=findobj('Tag','wavname');
set(h,'enable','off');
h=findobj('Tag','openfile');
set(h,'enable','off');
h=findobj('Tag','inwave');
set(h,'enable','off');
h=findobj('Tag','inamp');
set(h,'enable','off');
h=findobj('Tag','infre');
set(h,'enable','off');
h=findobj('Tag','inpha');
set(h,'enable','off');
h=findobj('Tag','mix');
set(h,'enable','off');
h=findobj('Tag','wavemake');
set(h,'enable','off');
当选择了一种输入方式之后，另外两种输入方式将不能使用。
3.2.2声卡输入
这里声卡输入是指由麦克风录音得到的声音信号的输入，MATLAB提供了wavrecord函数，该函数能够实现读取麦克风录音信号。
声卡输入的主要代码如下所示[5]：
function startrecord_Callback(hObject, eventdata, handles)
Fs=str2double(get(handles.samplefre,'String'));
N=str2double(get(handles.recordtime,'String'))*Fs;
handles.y=wavrecord(N, Fs,'double');
handles.inputtype=1;
guidata(hObject,handles);
plot(handles.axes1,handles.y);
ysize=size(handles.y);
set(handles.samplenum,'String',num2str(ysize(1)));
3.2.3读取wav文件
MATLAB提供了wavread函数，该函数能够方便的打开并读取WAV文件中的声音信息。其代码如下：
function openfile_Callback(hObject, eventdata, handles)
[filename,filepath]=uigetfile('*.wav','wavfile');
set(handles.wavname,'string',filename);
[handles.y,Fs,bit]=wavread(filename);
handles.inputtype=2;
guidata(hObject,handles);
plot(handles.axes1,(1:length(handles.y))/Fs,handles.y);
ysize=size(handles.y);
set(handles.samplenum,'String',num2str(ysize(1)));
set(handles.samplefre,'string',Fs);
3.2.4信号发生器输入
MATLAB可以产生标准信号，如sin能够产生正弦波，首先利用get函数获得波形，频率f，幅值a和相位p，然后判断是否有信号叠加，若无叠加，则直接生成信号波形，如有叠加，则进行信号混叠。
function wavemake_Callback(hObject, eventdata, handles)
Fs=str2double(get(handles.samplefre,'String'));
