基于LabVIEW的信号分析设计

龙源期刊网的信号分析设计作者：于永芳王毓顺许中运刘晓峰来源：《科技视界》2017年第07期【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】Signalanalysisworksasthemainpartofdigitalsignalprocessingwhichhasbeenwidelyusedinvariousfields.Thispaperhasresearchedonthesignalanalysismethodsoftimedomainanalysisandfrequencydomainanalysis.Thesoftwaresystemstructureofdigitalsignalanalysisisalsodesignedinthepaper.Inaddition，analysisandsimulationofperiodicsignalhavebeenfinishedbythewayofgraphicinterfacebasedonLabVIEW.SimulationresultsshowthissystembasedonLabVIEWcanprovideapreciseandhighefficiencywaytoimplementmulti-functionsignalanalysis，whichhasgoodapplicationforeground.【Keywords】LabVIEW；Timedomainanalysis；Frequencydomainanalysis；Simulation0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。1LabVIEW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]。因龙源期刊网此，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，对周期信号进行了参数测量、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。龙源期刊网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】[1]郑对元，等.精通LabVIEW虚拟仪器程序设计[M].北京：清华大学出版社，2012.[2]何晓青.基于LabVIEW的虚拟实验仪器设计研究[J].现代计算机（专业版），2012（07）：69-73.[3]梅加化.基于LabVlEW的虚拟实验教学系统的研究[D].合肥：合肥工业大学，2012.[4]刘福建.基于虚拟仪器的性能参数测试系统的研究[D].北京：华北电力大学，2012.[5]赵慧昌.振动信号分析仪数据采集策略研究及实施[D].西安：西安工业大学，2014.[6]张小虹，信号与系统[M].西安：西安电子科技大学出版社，2014：1-22.[7]吴湖清，李秀梅，孙晨林.基于LabVIEW的信号处理虚拟实验平台[J].杭州师范大学学报，2014，13（6）：669-672.[8]周晶晶，吴文全，孙金明，章耀文.基于虚拟仪器系统的多功能信号发生器设计[J].现代电子技术，2014，37（17）：120-124.[9]陈锡辉，张银鸿.LabVIEW8.2程序设计从入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2007：180-183.[10]刘明，徐洪波，宁国勤.数字信号处理：原理与算法实现[M].北京：清华大学出版社，2006：68-73.[责任编辑：朱丽娜]