基于LabVIEW的信号分析设计

【摘 要】信号分析作为数字信号处理的主要组成内容，在各种领域得到了广泛的应用。本文在对信号的时域分析和频域分析方法进行研究的基础上，设计了数据信号分析的软件结构，并且采用LabVIEW 工具以图形界面的方式实现了周期信号的仿真分析。仿真结果表明基于LabVIEW 的信号分析系统可以准确、高效地对信号进行多功能的分析，具有很好的应用前景。

【关键词】LabVIEW；时域分析；频域分析；仿真

【Abstract】Signal analysis works as the main part of digital signal processing which has been widely used in various fields.This paper has researched on the signal analysis methods of time domain analysis and frequency domain analysis.The software system structure of digital signal analysis is also designed in the paper.In addition，analysis and simulation of periodic signal have been finished by the way of graphic interface based on LabVIEW.Simulation results show this system based on LabVIEW can provide a precise and high efficiency way to implement multi-function signal analysis， which has good application foreground.

【Key words】LabVIEW； Time domain analysis； Frequency domain analysis； Simulation

0 引言

传统的基于实时控制系统的硬件信号分析工具，虽然其精度高，但是硬件依赖性强、功能单一、价格昂贵、使用不灵活[1]，例如示波器、频谱分析仪等。而实验室虚拟仪器工程平台LabVIEW作为虚拟仪器的核心部分，它基于图形化的界面，从数字化的指标入手，融合多种信号分析方法，可以全面提高工程信号分析开发与应用的效率，易于操作[2]。本文从信号分析的主要方法出发，研究了信号的时域分析和频域分析方法，利用LabVIEW 开发了相关信号分析方法的系统，并对周期信号进行了仿真。仿真结果表明本文所设计的信号分析系统能够准确、高效工作，满足了应用的需求。

1 LabVIEW简介及系统总体设计

LabVIEW 作为虚拟仪器开发的核心部分，是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境[1]。它为用户提供了简单、直观、易学的图形编程方法，把复杂、烦琐、费时的语言编程简化成了用菜单或图标提示的方法进行选择功能，再用线条把各种功能连接起来完成设计。LabVIEW 的应用程序，由前面板、流程图以及图标/连结器三部分构成[2]。LabVIEW 软件平台采用数据流模型，自动多线程运行程序，可充分利用处理器特别是多核处理器的处理能力，且内建的编译器在用户编写程序的同时就在后台自动完成了编译[4]。因此，利用LabVIEW 可以便捷、高效地构建界面美观、功能丰富的虚拟仪器，实现数据采集、信号分析等功能[6]。系统的总体设计如图1所示。

如图1 信号分析系统结构图所示，本文主要从两个方面对信号进行分析，包括时域分析和频域分析。时域分析又分为参数测量、瞬态特性测量和谐波失真分析；频域分析包括幅值谱分析、相位谱分析和功率谱分析。

2 时域分析

2.1 参数测量

参数测量主要完成对波形的平均值、均方根值、峰峰值、均值等的测量并且把它变成了数字指标，更便于观察。本文采用了LabVIEW强大的自带函数――幅值和电平测量VI，通过这个强大的内置函数分析就算出这些参数变量。

2.2 瞬态特性测量

瞬态特性测量用于测量信号的瞬态特性，包括持续期（上升或下降的时间）、边缘斜率、前冲或过冲。

2.3 谐波失真分析

谐波失真分析用于分析信号的谐波，包括信号的基频、各谐波的幅值及总的谐波失真在内的信号的各种谐波。

时域分析的程序框图如图2所示，其前面板如图3所示。

3 频域分析

虽然在实际测量时获取的是时域波形，但仅通过时域上的简单分析无法取得有规律或有价值的信息，无法彻底地反应出信号的全部特征[7]，这时需要把问题转换到频域来处理，对信号进行频域分析。LabVIEW中主要是在对信号进行FFT（快速傅里叶变换）分析基础上来实施频域分析的[4]。信号的幅度相位谱用于对时域信号进行FFT变换，并求出变换的幅值谱和相位谱；信号的功率谱分析反映了信号在频率上的能量分布，突出信号频谱的主频率[10]。本文的频域信号分析的程序框图如图4所示，其前面板如图5所示。

4 结束语

本文从时域和频域的角度出发，利用LabVIEW 构建信号分析的软件系统，χ芷谛藕沤行了参数测量、瞬态特性测量、谐波失真分析、幅值谱分析、相位谱分析和功率谱分析，并进行了相应的仿真。仿真结果验证了LabVIEW 平台开发信号分析系统的有效性和高效性。LabVIEW 作为目前国际上唯一的编译型图形化编程语言，它为用户提供了简单、直观、易学的图形编程法，把复杂、烦琐、的语言编程简化成菜单或图标提示的方法，具有巨大的应用前景，值得进一步地推广应用到虚拟仪器教学、工程应用等领域。

【参考文献】

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