频谱仪监控软件构设与实现

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1、频谱仪监控软件构设与实现第一章绪论1.1数字频谱分析仪的发展现状现代频谱分析仪按工作方式分为外差式频谱分析仪和非外差式频谱分析仪[3]。基于快速傅里叶变换（FFT）的频谱分析仪属于非外差式频谱分析仪，其原理是通过对时域信号进行快速傅里叶变换，得到信号的频域分布，此频谱分析仪具有快速直接的特点，是一种实时频谱分析仪，同时保留了被测信号的相位信息。而外差式频谱分析仪中的本地振荡器采用扫频振荡器，本振输出信号与输入的被测信号中各频率分量在混频器内依次进行差频运算，从而产生固定频点的中频信号，该中频信号经过放大、滤波及检波等处理后得到相应频点

2、的幅值，从而得到输入信号的频谱信息。外差式频谱仪又可根据中频处理的实现方式不同而分为模拟外差式和数字外差式，频谱仪中数字化技术应用过程呈现逐步、分阶段发展方式，如HP856X系列(Agilent频谱仪的前公司)，及RS公司的FSP13系列，基本上属于模拟外差式频谱分析仪，他们只是在最后的显示处理环节采用了数字化的处理。而在他们近年来推出的频谱仪产品中，已逐渐采用了全数字化中频处理技术的方案，另外，在其最新的数字式频谱仪平台上，还可借助于测试固件或附加软件来实现各种信号分析仪的功能，大大的扩展了数字频谱仪的应用范围。目前，国外频谱仪正朝

3、着数字化、宽频带、高性能及多功能方向发展。频谱分析仪在许多领域都有其特殊的应用，在电子对抗领域，随着现代战争的突发性和机动性大大增强，各种复杂信号应用到电子武器装备中，电子战系统的信号环境越来越复杂，导致战场信号频谱特性也越来越复杂，频段越来越高，因此要求频谱分析仪具有宽频带、高灵敏度和强大的信号分析能力，以提高电子对抗装备对复杂信号的识别处理能力，增强装备的作战使用效果。1.2研究的目的与意义实时频谱仪包括多通道滤波器频谱仪和FFT频谱仪。基于快速傅里叶变换的（FFT）的现代频谱分析仪，通过傅里叶变换将被测信号分解成分立的频率分量，

4、这种频谱分析仪采用数字方法直接由模数转换器（ADC）对输入信号取样，再经FFT处理后获得频谱分布图。这种实时的基于FFT的数字频谱分析仪的研究与分析是非常有意义的。频谱仪监控软件就是用户与频谱仪通过人机界面的形式对采集到的波形进行监控与测试。监控软件是公司或个人以某种手段获取他人信息为目的，包括公司对员工上网行为的监控、公司对内部文件、设备的使用等进行监控的相关软件[3]。频谱仪监控软件主要是对输入的时域信号进行变换，控制和分析。频谱仪监控软件的硬件平台是采集板和数字处理板，采集板的核心芯片是FPGA，通过ADC对时域信号进行采样，将

5、采样的时域信号存储在SDRAM中，通过FPGA控制采样的时域信号。数字处理的核心芯片是DSP，DSP处理采集来的时域信号，首先是将信号进行变换及坐标调整，其次是将变换的频域信号进行控制和特性分析。DSP（digitalsingnalprocessor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，具有可编程性，运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，具有强大数据处理能力和高运行速度。第二章频谱仪监控软件需求分析2.1监控软件的用户需求数字频谱

6、仪监控软件用户需求描述了用户使用产品必须要完成的任务，数字频谱仪的指标要求是频率分辨率1~100Hz，同时频谱仪能够测量到的信号的频谱是50mHz以内。系统用例描述的是用户眼中的系统，即用户希望系统有哪些功能并通过哪些操作完成这些功能。一个用例代表用户与系统交互的一种方式。图2-2是操与频谱仪交互的用例图。它从用户的角度描述了该系统应该具有的功能。用户需要一个频谱仪的人机界面同频谱仪进行交互，频谱仪控制面板是用户用来操控人机界面，这样就可以对波形进行测量，分析，调节、控制LCD上的波形，对波形的数据进行存储，同时还需要接口数据通信，如

7、网口，串口，USB口等。用例图反映了用户对系统的期望，描述了系统的特征，描述了系统特征中的共同行为，为客户观察自己的需求提供了简单易行的方法。这样我们可以通过一个用例图来描述用户和频谱仪之间的交互，如上图2-2就是用户与频谱仪进行交互用例图。一个嵌入式实时系统一般都需要与环境进行交互。将Spectrum系统看作一个黑盒，它能够对来自于环境的请求和信息做出相应的反应。Spectrum由若干个参与者构成，每个参与者处于不同的目的和其进行交互并交换不同的信息。通过分析，可以识别出四种参与者：键盘、LCD显示屏、通信接口、ACQ模块。图2-3

8、是其他四种参与者与系统交互的用例图。2.2监控软件的功能需求通过上面用户需求的指标，能够接受到的信号是0到50MHz，这样通过抽样定理，若连续信号是有限带宽，其频谱的最高频率是，对抽样时，若保证抽样频率2，那么，可由恢复