基于LabVIEW的频谱分析仪设计

基于LabVIEW的频谱分析仪设计

实践与经验

基于ＬａｂＶＩＥＷ的频谱分析仪设计

来德锋

，盛玉霞

（武汉科技大学信息科学与工程学院，武汉４３００８１）

摘要：介绍基于图形化编程语言ＬａｂＶＩＥＷ所设计的虚拟频谱分析仪。整个系统由虚拟信号发生器模块

和频谱分析模块两部分组成。虚拟信号发生器模块能够产生正弦波、三角波、方波、锯齿波等标准信号，并且可以叠加各种干扰噪声；频谱分析模块主要是对上述信号进行滤波和加窗函数处理，输出处理后的波形，同时进行时域分析、频域分析以及谐波分析。

关键词：图形化编程；虚拟频谱分析仪；ＬａｂＶＩＥＷ

引言

随着科学技术的迅猛发展，电子设备和技术向集成化、数字化和高速化方向发展，而在学校特别是大学中，要想紧跟技术的发展，就要不断更新教学和实验设备。传统仪器下的高校实验教学，已严重滞后于信息时代和工程实际的需要。仪器设备很大部分陈旧，而先进的数字仪器（如数字存储示波器）价格昂贵不可能大量采购，同时其功能较为单一，与此相对应的是大学学科分类越来越细，每一专业都需要专用的测量仪器，因此仪器设备不能实现资源共享，造成了浪费。

虚拟仪器正是解决这一矛盾的最佳方案。基于可以充分利用学校的微机资源，ＰＣ平台的虚拟仪器，

完成多种仪器功能，可以组合成功能强大的专用测试系统，还可以通过软件进行升级。在通用计算机平台上，根据测试任务的需要来定义和设计仪器的测试功能，充分利用计算机来实现和扩展传统仪器功能，开发结构简单、操作方便、费用低的虚拟实验仪器，包括数字示波器、频谱分析仪、函数发生器等，既可以减少实验设备资金的投入，又为学生做创新性实验、掌握现代仪器技术提供了条件。

方法如下：经过采样，将连续时间信号变为离散时间信号，接着利用ＬａｂＶＩＥＷ强大的数字信号处理功能，对这组数据进行滤波、加窗、得到信号ＦＦＴ运算处理，的幅度谱、相位谱以及功率谱。

在采样过程中，对不同的频率信号，选用合适的采样速率，以满足采样定理，从而防止频率混叠。进行傅立叶变换的数据在理论上应为无限长的离散数据序列。实际上，我们只能对有限长的信号进行分析与处理，所以必须对无限长离散序列截断，只取采样时间内有限数据。这样就存在频谱泄漏。在本设计中用加窗的方法来减少频谱泄漏。这里分别用到矩形窗、汉宁窗、哈明窗、布来克曼窗等窗函数。由于取样信号中混叠有噪声信号，为了消除干扰，在进行ＦＦＴ变换之前，要先进行滤波处理。本设计采用了巴特沃斯、切比雪夫（、椭圆（、（Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ）Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ）Ｅｌｌｉｐｓｅ）

贝塞尔（等滤波器。Ｂｅｓｓｅｌ）

（系统构架２）

一般测试仪器由信号采集、信号处理和结果显示这三部分均由硬件构成。虚拟仪器也三大部分组成［２］，

是由这三大部分组成，但是除了信号采集部分是由硬件实现之外，其他两部分都是由软件实现的。

在本设计中，用ＬａｂＶＩＥＷ中的信号发生控件来代替信号采集部分，产生信号。整个系统的设计均由软件来仿真实现。设计的虚拟频谱分析仪由两个软件模块组成：信号发生器模块和频谱分析模块［３］。虚拟频谱分析仪的原理框图如图１所示。

处理过程如下：首先将信号发生模块产生的测试

现

代计算机（总第二四七期）

１系统总体方案设计

本文以美国ＮＩ公司的ＬａｂＶＩＥＷ为软件开发平

台设计虚拟频谱分析仪。

（原理及其实现方法［１］１）