虚拟频谱分析仪中的谱估计方法实现

论文摘要

随着科学技术的进步,人们对测量技术的要求越来越高,电子测量技术在各个领域的应用也越来越广泛。传统的电子测量仪器由于其功能单一,体积庞大,己经很难满足实际测量工作中多样性、多功能的需要。虚拟仪器可以充分利用计算机的运算、存储和显示功能,因而在降低仪器成本的同时,使仪器的灵活性和数据处理能力大大提高,可以更方便的组建测试系统,更好的满足多种测量要求。虚拟仪器实际上就是一种基于计算机的自动化测试仪器系统。虚拟仪器作为计算机技术和现代仪器技术相结合的产物,实现了传统仪器测量理论和测量方法上的革命性突破。本文以虚拟频谱仪为研究对象,采用虚拟仪器的思想,结合计算机的结构特点,采用NI公司的LabWindows/CVI为主要开发平台,借助Matlab强大的功能函数库,实现了具有经典谱估计和现代谱估计两种方法的虚拟频谱仪。在虚拟仪器中,功能软件是它的灵魂,本文重点研究虚拟频谱分析仪中的谱估计方法实现,针对虚拟频谱仪的功能需求,两种谱估计方法的基本原理,对其各自的性能进行了大量的分析比较。最后,借助CORTEX NT中频综合基带设备、USB数字化检前记录设备及Agilent 8563EC频谱仪构建一个测试平台,对论文所研究和实现的两种谱估计方法进行了功能测试。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及目的
• 1.2 虚拟仪器概述
• 1.3 频谱估计方法概述
• 1.3.1 基于傅立叶变换理论的频谱估计方法
• 1.3.2 基于现代谱估计理论的频谱估计方法
• 1.3.3 基于小波变换理论的频谱估计方法
• 1.4 本论文的主体内容
• 第二章 虚拟频谱仪软件设计
• 2.1 基本结构
• 2.2 LabWindowsCVI 程序设计
• 2.2.1 程序设计基本步骤
• 2.2.2 程序基本结构
• 2.3 仪器面板设计
• 2.3.1 功能需求
• 2.3.2 虚拟频谱仪面板
• 2.4 本章小结
• 第三章 经典谱估计方法实现
• 3.1 离散时间随机信号分析基础
• 3.1.1 基本概念
• 3.1.2 随机信号的数字特征
• 3.1.3 一致估计
• 3.2 经典谱估计方法
• 3.2.1 周期图法
• 3.2.2 BT 法
• 3.2.3 估计效果
• 3.3 算法改进
• 3.3.1 分段平均周期图法（Bartlett 法）
• 3.3.2 加窗平均周期图法（Welch 法）
• 3.3.3 窗函数的应用[29]
• 3.4 性能分析
• 3.4.1 估计效果比较
• 3.4.2 加窗抑制泄露效果
• 3.4.3 加窗对分辨率的影响
• 3.5 方法实现
• 3.5.1 实现的基础
• 3.5.2 软件结构
• 3.5.3 软件运行结果
• 3.6 本章小结
• 第四章 现代谱估计方法实现
• 4.1 现代谱估计方法分类
• 4.2 参数模型谱估计
• 4.2.1 基本思路
• 4.2.2 基本模型
• 4.3 AR 模型谱估计
• 4.3.1 自相关法估计AR 模型参数
• 4.3.2 Levinson-Durbin 递推算法
• 4.3.3 Burg 法估计AR 模型参数
• 4.3.4 最大熵谱估计
• 4.3.5 AR 谱的特性
• 4.3.6 AR 模型阶次的选取
• 4.4 性能分析
• 4.4.1 估计效果比较
• 4.4.2 分辨率的改善
• 4.4.3 阶次和噪声的影响
• 4.5 方法实现
• 4.5.1 实现的基础
• 4.5.2 Labwindows/CVI 与Matlab 的软接口
• 4.5.3 混合编程实现
• 4.5.4 软件结构
• 4.5.5 软件运行结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 功能测试
• 5.1 测试平台及方法
• 5.2 测试结果
• 5.2.1 单音频信号测试结果
• 5.2.2 测控中频信号测试结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献