固《计量与洲斌桂术）２００７牟第３４卷第９期
基于ＬａｂＶＩＥＷ和ＭＡＴＬＡＢ的频谱分析仪设计
ＤｅｓｉｇｎｏｎｔｈｅＶｉｒｔｕａｌＳｐｅｃｔｒｕｍＡｎａｌｙｓｉｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＢａｓｅｄｏｎＬａｂＶＩＥＷａｎｄＭＡＴＩＡＢ
陈华丽
（武汉科技大学，湖北武汉４３００８１）
摘要：介绍丁基于ＬａＪ）ＶＩＥＷ和ＭＡＴＬＡＢ的虚拟频藩分析仪的设计过程。重点阐述了基于ＬａｂＶＩＥＷ的前赍用户界面设计、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ＭＡＴＬ＾＿Ｂ的数值运算功能、ＬａｂＶＩＥＷ的动态显示和虚拟仪器特睦，以极小的成本实现了传统频谱分析仪的功能，且具有鏖好的扩展性和人机界面。
关键词：囝彤化编程；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，面频谱分析又是信号处理中一个非常重要的分析手段。一般的频学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，ＬａｂＶＩＥＷ和ＭＡＴＬＡＢ是倍受程序开发人员青睐的两种语言，剐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ＬａｂＶＩＥＷ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ＬａｂＶＩＥＷ和ＭＡＴ—ＬＡＢ的虚拟频谱分析仪的设计。
２基于ＬａｂＶＩＥＷ和ＭＡＴＬＡＢ的虚拟频谱分析仪的设计
２．１基于ＬａｂＶＩＥＷ的前台用户界面设计
信号分析模块的前面板设置了一个ＷａｖｅｆｏｒｍＧｒａｐｈ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Ｆ丌、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ｌ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巾的重点。
图２信号额谱分析仪的流程图
（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，即琅２２琅，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
琅／２的一些无用的高频分量，以及滤去其它的一些杂
万方数据
胨毕菥：基于ＬｓＳＶｌＥＷ扣ＭＡＴＬＡＢ的颠谱分析敷设计盈
散信号。
（２）加窗设置
在实用的信号采样系统中，只能取得一部分局限性的信号记录。但是在实时系统中，局限的信号记录将产生与原始的连续信号具有不同谱特征的短而粗的波形。这些不相符的特征会产生谱信息的泄漏，造成实时系统的谱特征有别于原始的连续时间谱特征。谱泄漏的数量取决于信号不连贯的程度，可以使用平滑窗，减轻每个采样周期边界上信号不连贯的程度。它包括一个与时域信号相乘的一个定长的窗，该窗幅度变化很平缓，且在边缘处逐渐趋近于零。因此在对定长数据应用傅里叶变换或谱分析时，可以应用窗来修正波形的转折沿，以减少谱泄漏。常用的窗函数有：ＲｅｃｔａｎｇｌｅＷｉｎｄｏｗ、ＢａｒｔｌｅｔｔＷｉｎｄｏｗ、Ｈａｎｎｉｎｇ、Ｈａｍ—ｒｕｉｎｇ、Ｂｌａｅｋｍａｎ、Ｋａｉｓｅｒ—ＢａｓｅｌＷｉｎｄｏｗ等，它们的适用条件不同，根据使用者的需求以及输人波形的特点适当的选择，对正确分析和减少误差有很好的帮助。
（３）信号频谱分析
数字信号处理模板位于Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ模板》ＡｌｌＦｕｎｃ．ｔｌｏｎ子模板）｝Ａｎａｌｙｚｅ子模板）ＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ子模板，共有５个分析ＶＩ库。其中包括：
①ＳｉｇｎａｌＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ（信号发生）：用于产生数字特性曲线和波形。
②ＴｉｍｅＤｏｍａｉｎ（时域分析）：提供了卷积、相关计算、移位运算、积分、微分等功能。
（§）ＦｓｅｑｕｅｎｃｙＤｏｍａｉｎ（频域分析）：提供了丰富的信号频域分析函数．包括傅里叶变换、Ｈｉｌｂｅｒｔ变换、，Ｊ、波变换、Ｈａｒｔｌｅｙ变换、功率谱分析、联合时频分析、谐波分析等。利用这些频域分析函数，可以设计出一款比目前任何传统频谱分析仪都功能强大的虚拟频谱分析仪。
④ＤｉｇｉｔａｌＦｉｌｔｅｒｓ（数字滤波器）：用于执行ＩＩＲ、ＦＩＲ和非线性滤波功能。
⑤Ｗｉｎｄｏｗｉｎｇ（窗函数）：用于对信号加窗，具有截短信号、减少谱泄露、分离频率相近的大幅值信号与小幅值信号。
２．３运行结果
计算一个信号的频谱分量：该信号由两个正弦信号的叠加产生，一个为２Ｈｚ，另一个为１０Ｈｚ。采样频率为１００Ｈｚ，采样点为２００个，１０Ｈｚ的信号幅值为２伏，２Ｈｚ的信号幅值为１伏。计算信号频谱分量的程序流程图如图３所示。
程序运行结果，频谱图显示两个峰值，一个在
２Ｈｚ，另一个在１０Ｈｚ。２Ｈｚ波形电压有效值为０．７１７伏，１０Ｈｚ波形电压有效值为１．４１４伏，见图４。
国３计算信号频谱分量的程序流程图
圈４运行结果
３结束语
基于ＬａｂＶＩＥＷ编程环境下的虚拟频谱分析仪不仅实现了传统频谱分析仪的功能，包括将采集到的时域信号转化为频域信号，并对时域信号和频域信号进行处理，进而求出信号的频率、频率响应、谐波失真和谐谱纯度等参数，绘制出功率谱、能量谱、幅度谱、相位谱、频率响应等谱图，为进一步分析信号提供必要的数据和波形，同时还具有良好的扩展性，可根据用户的需求增加更多的功能，体现出多功能、低成本、应用灵活、操作方便等优点。
参考文献
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作者简介：陈华丽，女，讲师。工作单位：武汉科技大学。通讯地址４３００８１武汉科技大学（校本部）１７３信箱。
收藕时间：２１＿）０７—０４—２０
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