【正文】 ............................... 25 濾波與濾波器簡(jiǎn)介 ................................................. 25 濾波器分類 ....................................................... 25 數(shù)字濾波器的基本原理 ....................................... 26 3） IIR 數(shù)字濾波器算法 ............................................. 27 數(shù)字濾波器的優(yōu)點(diǎn) ........................................... 28 數(shù)字濾波器技術(shù)要求 .......................................... 28 巴特沃斯低通數(shù)字濾波器的特性 ................................ 29 基于 labview 的信號(hào)濾波 .............................................. 30 前面板設(shè)計(jì) .................................................. 30 程序 框圖設(shè)計(jì) ................................................ 31 運(yùn)行程序 .................................................... 32 第六章 線性調(diào)頻信號(hào)分析 ............................................. 33 線性調(diào)頻信號(hào) ..................................................... 33 線性調(diào)頻信號(hào)的 DFT分析 ........................................... 34 產(chǎn)生信號(hào) .................................................... 34 chirp 添加高斯噪聲后頻率分析 ..................................... 35 chirp 信號(hào)總體設(shè)計(jì) ............................................... 37 前面板設(shè)計(jì) .................................................. 37 程序框圖設(shè)計(jì) ................................................ 38 致謝 .............................................................. 39 目錄 iii 參考文獻(xiàn) .......................................................... 40 緒論 1 第一章 緒論 虛擬儀器的概述 隨著電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù) 的飛速發(fā)展，這些技術(shù)已經(jīng)深入到測(cè)量領(lǐng)域中，儀器技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大的變化。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 摘要 注 意 事 項(xiàng) （ 論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)） ：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于 1 萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于 萬(wàn)字。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù) 字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。 作者簽名： 日 期： ABSTRACT 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 ：任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。從最初的模擬儀器到現(xiàn)在的數(shù)字化儀器、嵌入式系統(tǒng)儀器和智能儀器，新的測(cè)試?yán)碚摗y(cè)試方法不斷應(yīng)用于實(shí)踐，儀器技術(shù)領(lǐng)域的各種創(chuàng)新積累使現(xiàn)代測(cè)量?jī)x器的性能發(fā)生了質(zhì)的飛躍，在此基礎(chǔ)上，儀器的概念和形式慢慢發(fā)生了變化，出現(xiàn)了一種全新的儀器概念 —— 虛擬儀器（ Virtual Instrumentation,VI）。硬件平臺(tái)可以是臺(tái)式機(jī)，筆記本電腦，工作站，嵌入式計(jì)算機(jī)等。由于儀器硬件的種類 繁雜，為了確保硬件的實(shí)用性，接口軟件需要提供獨(dú)立于硬件的 I/O 接口。我們可以根據(jù)現(xiàn)實(shí)中的實(shí)際需求，將先進(jìn)的信號(hào)處理算法、專家系統(tǒng)、人工智能技術(shù)應(yīng)用于儀器設(shè)計(jì)與集成，從而把智能儀器水平提高。 虛擬儀器的發(fā)展趨勢(shì) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、儀器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷完善，虛擬儀器技術(shù)也在向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬儀器正在興起，這都得益于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與虛擬儀器技術(shù)的結(jié)合。在這方面，它不同于傳統(tǒng)的編程語(yǔ)言，如 C、 C++或 Java，這些語(yǔ)言使用文本方式編程。前面板設(shè)計(jì)完成后就可以使用 VI 或圖形化函數(shù)節(jié)點(diǎn)在程序框圖添加源代碼來(lái)對(duì)前面板上的控 件加以控制。 LabVIEW 的出現(xiàn)提高了虛擬儀器的開(kāi)發(fā)效率，降低了對(duì)開(kāi)發(fā)工作人員的要求。 5）內(nèi)建了 600 多個(gè)分析函數(shù)用于數(shù)據(jù)分析和信號(hào)處理。在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，不但要掌握用戶的口味，還要注意應(yīng)用的場(chǎng)合。功能相近的元素使用同一色系的顏色，需要重點(diǎn)突出的內(nèi)容用特別的顏色。絕對(duì)路徑指文件在磁盤(pán)中的位置， LabVIEW可以通過(guò)絕對(duì)路徑訪問(wèn)在磁盤(pán)中的文件；相對(duì)路徑指相對(duì)于一個(gè)參照位置的路徑，相對(duì)路徑必須最終形成絕對(duì)路徑才能訪問(wèn)磁盤(pán)中的文件。流盤(pán)操作還可避免頻繁地打開(kāi)和關(guān)閉同一文件，可提高 VI 效率。 1） 文本文件 文本文件是最常用的文件類型， LabVIEW 提供兩種方式創(chuàng)建文本文件：一種方式就是使用打開(kāi) /創(chuàng)建 /替換文件函數(shù)，另一種方式更簡(jiǎn)便的方法是使用文本文件寫(xiě)入函數(shù)和讀取文本文件函數(shù)，如圖 和 所示： 圖 圖 2）電子表格文件 第三章數(shù)據(jù)操作模塊的設(shè)計(jì) 11 電子表格文件是一種特殊的文本文件，它將文本信息格式化，并在格式中添加了空格、換行等特殊標(biāo)記，以便于被 Excel 等電子表格軟件讀取。 a=。所以說(shuō)， DFT在理論和各種信號(hào)處理中都有很重的意義。此時(shí)滿足 ? ? ? ?nyny lc ? 。上述分析表明，對(duì)連續(xù)頻譜進(jìn)行數(shù)字處理時(shí)，即會(huì)遇 到時(shí)域采樣，也要處理頻域采樣，如圖 所示： )(txa )(kX 圖 用 DFT 做頻譜分析 快速傅里葉（ FFT）運(yùn)算 FFT 定義 快速傅里葉變換（ FFT）是計(jì)算 DFT 的一種快速高效的算法，通過(guò) FFT 可以將信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到時(shí)域。 圖像濾波：在進(jìn)行 FFT 變換后，若在進(jìn)行反變換之前對(duì)變換域進(jìn)行選擇，圖像就可以進(jìn)行濾波處理。） 4）功率譜估計(jì) 通常采用基于自相關(guān)函數(shù)的方法來(lái)進(jìn)行信號(hào)的功率譜估計(jì)，而離散傅里葉變換與基于自相關(guān)函數(shù)的功率譜估計(jì)的結(jié)構(gòu)非常類似。 4） 執(zhí)行“控件→新式→圖形→波形圖”操作，添加兩個(gè)波形圖控件并分別命名為“信號(hào)波形”和“ FFT 變換”。在有用信號(hào)的傳輸過(guò)程中，通常會(huì)受到噪聲以及干擾的污染。模擬濾波器是指它所處理的輸入信號(hào)，輸出信號(hào)都為模擬信號(hào)，而其本身是一種線性時(shí)不變的模擬系統(tǒng)。對(duì)于 N點(diǎn)的序列 )(nx 。 FFT 的運(yùn)算量下降為 2log2 NN 次，它巧妙的解決了離散傅立葉變換運(yùn)算量巨大的問(wèn)第五章濾波處理模塊的設(shè)計(jì) 27 題，從而成為信號(hào)處理中最方便的運(yùn)算。 數(shù)字濾波器的優(yōu)點(diǎn) 數(shù)字濾波器較之濾波器有著很多的優(yōu)點(diǎn)，許多情況下數(shù)字濾波器是優(yōu)先選擇。就算要處理的是模擬信號(hào)，也可通過(guò) A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變信號(hào)形式，這樣數(shù)字濾波器就可以對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行濾波。實(shí)用中通帶和阻帶中都允許一定的誤差容限，即通帶不一定是完全水平的，阻帶不一定絕對(duì)衰減到零?？梢?jiàn)階數(shù) n 越高，其幅頻特性越好，低頻檢測(cè)信號(hào)保真度越高，過(guò)渡帶變窄，即衰減加劇，但半功率點(diǎn)不變。 （ 2） 放置正弦波、濾波器、捆綁簇等節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)。線性調(diào)頻信號(hào)的相位隨時(shí)間的二次方變化，它是最簡(jiǎn)單也是最常見(jiàn)的 調(diào)頻信號(hào)，在雷達(dá)等領(lǐng)域也常被稱為 Chirp 信號(hào)。 我最想感謝的是指導(dǎo)教師丁金閃副教授，從論文選題到模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到論文表述規(guī)范，他都給了很多寶貴的修改意見(jiàn)。 而該信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為： ? ? ? ? ???????? ?????? ????????? ? 200 212s i n2s i n kttfdttftx t ?? 在 LabVIEW 中，產(chǎn)生 chirp 信號(hào)的控件如圖 所示： 第六章線性調(diào)頻信號(hào)分析 35 圖 chirp信號(hào) 如序列 Y 表示 chirp 信號(hào) ，該 VI 使用下列等式獲取 Y 的元素： ?????? ?? biaiAyi 221s in , i=0,1,2,? ,n1 A是 幅值 ? ?122 ffa ?? ? /n 12fb ?? f1是以歸一化周期 /采樣為單位的開(kāi)始頻率 f2是以歸一化周期 /采樣為單位的結(jié)束頻率 n是 采樣 的數(shù)量 生成信號(hào)及分析后信號(hào)如圖 和 所示： 圖 時(shí)域信號(hào)圖 chirp 添加高斯噪聲后頻率分析 此模塊將上述 chirp 信號(hào)添加一個(gè)高斯白噪聲，統(tǒng)計(jì)分布為（ 0,1），標(biāo)準(zhǔn)差為 1。其中，線性調(diào)頻信號(hào)是最早提出的脈沖類信號(hào)，也是應(yīng)用最廣泛的一種信號(hào)。 2）執(zhí)行“控件→新式→圖形→波形圖”操作，添加兩個(gè)波形圖控件并分別命名為“原始波波形”和“濾波后波形”。 該濾波器具有一些特殊的性質(zhì)： （ 1） 對(duì)所有的 n,都有當(dāng) 0w? 時(shí) , 10 2 ?）（ jH ； （ 2） 對(duì)所有的 n,都有當(dāng) cww? 時(shí) , ?）（ cjwH ； （ 3） 2)(jwH 是的單調(diào)遞減函數(shù) ,即不會(huì)出現(xiàn)幅度響應(yīng)的起伏； （ 4） 當(dāng) ???n 時(shí) ,巴特沃斯濾波器趨向于理想的低通濾波器； （ 5） 在 0?w 處平方幅度響應(yīng)的各級(jí)導(dǎo)數(shù)均存在且等于 0，因此 2)(jwH 在該點(diǎn)上 取得最大值，且具有最大平坦特性。選頻濾波器的技術(shù)要求一般由幅頻特性給出，相頻特性一般不作要求。實(shí)際上，數(shù)字濾波器的系數(shù)我們可以在工作時(shí)進(jìn)行調(diào)整改變。因?yàn)槟M濾波器已經(jīng)有一套相當(dāng)成熟的設(shè)計(jì)方法，有一些典型的濾波器類型如巴特沃斯(Butterworth)濾波器、 切比雪夫 （ chebyshev）濾波器、橢圓 (Ellipse)、濾波器和貝塞 A/D H(z) D/A 基于 LabVIEW軟 件的控制界面設(shè)計(jì) 28 爾 ( Bessel )濾波器等，它們都有自己的歸一化原型濾波器和現(xiàn)成的設(shè)計(jì)公式，還有完善的設(shè)計(jì)圖表可查。 FFT 實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是巧妙的利用 nkNW 的周期性和對(duì)稱性，通過(guò)一些快速的蝶形算法，簡(jiǎn)化了 DFT 公式中的系數(shù)矩陣。 數(shù)字濾波器 數(shù)字濾波器的基本原理 1） 快速傅立葉變換 離散傅立葉變換 (DFF)及其快速算法 快速傅里葉變換（ FFT）是數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域的重要組成部分。一般來(lái)說(shuō)，用數(shù)字方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、調(diào)制、變換、解調(diào)、壓縮、均衡、增強(qiáng)、估值、識(shí)別、產(chǎn)生等一系列加工處理，都可稱為數(shù)字信號(hào)處理。單擊“停止”按鈕，程序停止運(yùn)行。 2）執(zhí)行