連續(xù)時(shí)間信號(hào)的抽樣及頻譜分析-時(shí)域抽樣信號(hào)的頻譜

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1、沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)1引言隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子設(shè)備和技術(shù)向集成化、數(shù)字化和高速化方向發(fā)展，而在學(xué)校特別是大學(xué)中，要想緊跟技術(shù)的發(fā)展，就要不斷更新教學(xué)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備。傳統(tǒng)儀器下的高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)，已嚴(yán)重滯后于信息時(shí)代和工程實(shí)際的需要。儀器設(shè)備很大部分陳舊，而先進(jìn)的數(shù)字儀器(如數(shù)字存儲(chǔ)示波器)價(jià)格昂貴不可能大量采購(gòu)，同時(shí)其功能較為單一，與此相對(duì)應(yīng)的是大學(xué)學(xué)科分類越來越細(xì)，每一專業(yè)都需要專用的測(cè)量?jī)x器，因此儀器設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)資源共享，造成了浪費(fèi)。虛擬儀器正是解決這一矛盾的最佳方案?；赑C平臺(tái)的虛擬儀器，可以充分利用學(xué)校的微機(jī)資源，完成多種儀器功能，可以組合成功能強(qiáng)大的專用測(cè)試系統(tǒng)，還可以通過軟件進(jìn)行

2、升級(jí)。在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，根據(jù)測(cè)試任務(wù)的需要來定義和設(shè)計(jì)儀器的測(cè)試功能，充分利用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器功能，開發(fā)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、費(fèi)用低的虛擬實(shí)驗(yàn)儀器，包括數(shù)字示波器、頻譜分析儀、函數(shù)發(fā)生器等，既可以減少實(shí)驗(yàn)設(shè)備資金的投入，又為學(xué)生做創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)、掌握現(xiàn)代儀器技術(shù)提供了條件。信號(hào)的時(shí)域分析主要是測(cè)量測(cè)試信號(hào)經(jīng)濾波處理后的特征值，這些特征值以一個(gè)數(shù)值表示信號(hào)的某些時(shí)域特征，是對(duì)測(cè)試信號(hào)最簡(jiǎn)單直觀的時(shí)域描述。將測(cè)試信號(hào)采集到計(jì)算機(jī)后，在測(cè)試VI中進(jìn)行信號(hào)特征值處理，并在測(cè)試VI前面板上直觀地表示出信號(hào)的特征值，可以給測(cè)試VI的使用者提供一個(gè)了解測(cè)試信號(hào)變化的快速途徑。信號(hào)的特征值分為幅值特征值

3、、時(shí)間特征值和相位特征值。盡管測(cè)量時(shí)采集到的信號(hào)是一個(gè)時(shí)域波形，但是由于時(shí)域分析工具較少，所以往往把問題轉(zhuǎn)換到頻域來處理。信號(hào)的頻域分析就是根據(jù)信號(hào)的頻域描述來估計(jì)和分析信號(hào)的組成和特征量。頻域分析包括頻譜分析、功率譜分析、相干函數(shù)分析以及頻率響應(yīng)函數(shù)分析。信號(hào)在時(shí)域被抽樣后,他的頻譜X(j)是連續(xù)信號(hào)頻譜X(j)的形狀以抽樣頻率為間隔周期重復(fù)而得到,在重復(fù)過程中幅度被p(t)的傅里葉級(jí)數(shù)Pn加權(quán)。因?yàn)镻n只是n的函數(shù),所以X(j)在重復(fù)的過程中不會(huì)使其形狀發(fā)生變化。假定信號(hào)x(t)的頻譜限制在-m~+m的范圍內(nèi),若以間隔Ts對(duì)xa(t)進(jìn)行抽樣,可知抽樣信號(hào)X^(t)的頻譜X^(j)是以s為

4、周期重復(fù)。顯然,若在抽樣的過程中s<2m,則X^(j)將發(fā)生頻譜混疊現(xiàn)象,只有在抽樣的過程中滿足s>=2m條件,X^(j)才不會(huì)產(chǎn)生頻譜的混疊,接收端完全可以由x^(t)恢復(fù)原連續(xù)信號(hào)xa(t),這就是低通信號(hào)抽樣定理的核心內(nèi)容。29沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)2虛擬儀器開發(fā)軟件LabVIEW入門2.1LabVIEW介紹LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而LabVIEW則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流

5、向決定了程序的執(zhí)行順序。它用圖標(biāo)表示函數(shù)，用連線表示數(shù)據(jù)流向。LabVIEW程序使用虛擬儀器（VirtualInstrument，縮寫為VI）的概念。它是指一臺(tái)計(jì)算機(jī)和連接外部的端口（計(jì)算機(jī)的COM口，LPT口或內(nèi)插板）在軟件控制下可完全模擬替代傳統(tǒng)的儀器。因VI功能完全是由軟件定義，故在硬件系統(tǒng)不變的情況下，用戶可通過軟件開發(fā)自行改變或擴(kuò)充儀器的功能，實(shí)現(xiàn)自己的特殊要求，或用一套硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多種儀器的功能，從而使虛擬儀器VI不但比傳統(tǒng)儀器更靈活有效，而且也更經(jīng)濟(jì)。VI的核心就是LabVIEW程序，所以在LabVIEW中，所有程序均稱之為VI程序，不管它是否通過端口和外界進(jìn)行通訊。每個(gè)VI程序

6、均可作為一個(gè)功能模塊被重復(fù)使用，因而使用LabVIEW來開發(fā)和擴(kuò)展程序極為方便。LabVIEW編程語言同常規(guī)的程序語言不同，它采用更易使用和理解的圖形化程序語言－G語言（Graphicalprogramminglanguage）。G語言使用圖標(biāo)代替常規(guī)的一條或一組語句來實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能，通過各功能圖標(biāo)間的邏輯連接實(shí)現(xiàn)程序功能。29沈陽理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)其編程過程不是書寫一行行語句，而是連接一個(gè)個(gè)代表一定功能的圖標(biāo)，其程序編制過程簡(jiǎn)單，不涉及復(fù)雜功能實(shí)現(xiàn)的算法，易于掌握。同時(shí)，因?yàn)槠渚幊踢^程基于可重復(fù)使用的功能模塊，故可方便地使用由專業(yè)人員編制提供的專業(yè)級(jí)別的功能模塊，開發(fā)出專業(yè)水平的程序。所以，La

7、bVIEW在世界范圍內(nèi)的眾多領(lǐng)域如航空、航天、通信、汽車、半導(dǎo)體、化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等得到了廣泛的應(yīng)用，從簡(jiǎn)單的儀器控制、數(shù)據(jù)采集到復(fù)雜的測(cè)試和數(shù)據(jù)處理，從工廠、科研院所到大學(xué)里的實(shí)驗(yàn)室，到處都可以發(fā)現(xiàn)LabVIEW的應(yīng)用。在西方國(guó)家（如美國(guó)）的許多大學(xué)已將LabVIEW作為本科的教學(xué)內(nèi)容，成為工程師素質(zhì)培養(yǎng)的一個(gè)方面。由于LabVIEW虛擬儀器的強(qiáng)大功能，使得使用一套硬件系統(tǒng)就可進(jìn)行多種不同要求的研