基于虚拟仪器技术的频谱分析系统的设计

摘 要 本文介绍了基于虚拟仪器技术的频谱分析系统的设计与实现过程，该系统运用了计算机强大的数据处理能力，可以对各种波形信号进行数字滤波、加窗处理、自相关分析、功率谱分析、幅度谱分析及相位谱分析等;该方法不仅降低了仪器的开发成本，提高了测试效率，同时还增强了设计的灵活性。

关键词 频谱 数据处理 功率谱 效率

中图分类号：TP368.2文献标识码：A

0引言

随着电子技术的发展，频谱分析仪广泛应用于微波通信、雷达导航、电子对抗、空间技术、信号监测、器件的特性分析等。但传统的频谱分析仪功能固定、价格昂贵、在灵活性方面存在一定局限;随着信息技术的迅猛发展，出现了以计算机为核心的虚拟仪器技术，该技术与传统仪器相比虚拟仪器具有用户自定义仪器功能、开发维护费用低、技术更新周期短、可与网络互联实现硬件资源的共享等优点。

本文介绍了一种基于虚拟仪器技术的频谱分析系统的设计方法，通过美国NI公司的图形化编程开发平台--LabVIEW，利用计算机的强大功能，实现了信号分析、数据处理、存储以及图形化显示等，可广泛用于测量测试领域。

1系统总体设计

本系统的设计主要分为四个部分：信号获取，信号分析与处理，信号显示与存储;系统结构如图1所示。

2系统功能模块设计

2.1信号获取

本系统信号获取方法主要包含：（1）仿真信号：利用LabVIEW中编程产生正弦波、方波、三角波、锯齿波、调幅波和公式波形等，同时可在这些信号加上不同类型噪声。（2）真实采集信号：通过数据采集（DAQ）卡将模拟信号转换为离散时间信号。（3）远程测试数据利用虚拟仪器的网络通信技术获取远程测试数据。（4）读取历史数据：通过波形读取模块输入已经存储的数据，为进一步的分析和处理奠定基础。

2.2信号分析与处理

本系统对获得的信号进行了数字滤波处理，加窗处理，幅度谱分析，相位谱分析，功率谱分析及自相关分析等。本系统采用多种IIR数字滤波器，如巴特沃思、切比雪夫、贝塞尔等滤波器;通过加窗方法来减少频谱泄漏，包括：海宁窗、汉明窗等窗函数;通过LabVIEW中的FFT Power Spectrum函数进行功率谱分析;通过FFT Spectrum函数进行幅度谱和相位谱分析;通过AutoCorrelation函数进行自相关分析。

2.3信号显示与存储

本系统有五个波形显示窗口：实时波形显示、滤波后波形显示、频谱分析顯示、自相关分析显示、滤波器幅频响应显示。并且每个波形显示窗口的横纵坐标都可以进行调节。此外本系统使用Write to Measurement File快速VI进行测试数据的存储，以便再次读取该数据进行进一步的分析。数据文件还可以通过Word，Excel等方式打开。

3系统实验结果

频谱分析系统的实验结果如图2所示。本系统分别显示了包含均匀白噪声的正弦波信号，通过低通滤波器处理后的信号，同时显示该信号的频谱信号。

4结论

本频谱分析系统采用LabVIEW作为软件开发平台，编程方便、简洁、高效，充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能;该系统扩展性好，用户可以根据自己的需要定义其他功能;图形界面友好，操作简单，人机交互性强，可广泛用于信号监测、特性分析等测量测试领域。

作者简介：孟志鹏（1984.3-），男，汉族，黑龙江牡丹江市人，天津南大通用数据技术股份有限公司，硕士研究生，工程师，研究方向：大数据分析及通信与电子测控方向。

参考文献

[1] 龙华伟，伍俊，顾永刚，冯涛.LabVIEW数据采集与仪器控制[M].北京：清华大学出版社，2016.

[2] 韩硕，赵连娟.基于虚拟仪器技术的多功能示波器的设计[J].科技风，2014（06）：75.

[3] 朱燕.基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪研究[J].电子设计工程，2015，23（18）：180-182.