连续时间信号的抽样及频谱分析-时域抽样信号的频谱

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1、沈阳理工大学课程设计1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PC平台的虚拟仪器，可以充分利用学校的微机资源，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

2、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。信号的时域分析主要是测量测试信号经滤波处理后的特征值，这些特征值以一个数值表示信号的某些时域特征，是对测试信号最简单直观的时域描述。将测试信号采集到计算机后，在测试VI中进行信号特征值处理，并在测试VI前面板上直观地表示出信号的特征值，可以给测试VI的使用者提供一个了解测试信号变化的快速途径。信号的特征值分为幅值特征值

3、、时间特征值和相位特征值。尽管测量时采集到的信号是一个时域波形，但是由于时域分析工具较少，所以往往把问题转换到频域来处理。信号的频域分析就是根据信号的频域描述来估计和分析信号的组成和特征量。频域分析包括频谱分析、功率谱分析、相干函数分析以及频率响应函数分析。信号在时域被抽样后,他的频谱X(j)是连续信号频谱X(j)的形状以抽样频率为间隔周期重复而得到,在重复过程中幅度被p(t)的傅里叶级数Pn加权。因为Pn只是n的函数,所以X(j)在重复的过程中不会使其形状发生变化。假定信号x(t)的频谱限制在-m~+m的范围内,若以间隔Ts对xa(t)进行抽样,可知抽样信号X^(t)的频谱X^(j)是以s为

4、周期重复。显然,若在抽样的过程中s<2m,则X^(j)将发生频谱混叠现象,只有在抽样的过程中满足s>=2m条件,X^(j)才不会产生频谱的混叠,接收端完全可以由x^(t)恢复原连续信号xa(t),这就是低通信号抽样定理的核心内容。29沈阳理工大学课程设计2虚拟仪器开发软件LabVIEW入门2.1LabVIEW介绍LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流

5、向决定了程序的执行顺序。它用图标表示函数，用连线表示数据流向。LabVIEW程序使用虚拟仪器（VirtualInstrument，缩写为VI）的概念。它是指一台计算机和连接外部的端口（计算机的COM口，LPT口或内插板）在软件控制下可完全模拟替代传统的仪器。因VI功能完全是由软件定义，故在硬件系统不变的情况下，用户可通过软件开发自行改变或扩充仪器的功能，实现自己的特殊要求，或用一套硬件系统实现多种仪器的功能，从而使虚拟仪器VI不但比传统仪器更灵活有效，而且也更经济。VI的核心就是LabVIEW程序，所以在LabVIEW中，所有程序均称之为VI程序，不管它是否通过端口和外界进行通讯。每个VI程序

6、均可作为一个功能模块被重复使用，因而使用LabVIEW来开发和扩展程序极为方便。LabVIEW编程语言同常规的程序语言不同，它采用更易使用和理解的图形化程序语言－G语言（Graphicalprogramminglanguage）。G语言使用图标代替常规的一条或一组语句来实现一个功能，通过各功能图标间的逻辑连接实现程序功能。29沈阳理工大学课程设计其编程过程不是书写一行行语句，而是连接一个个代表一定功能的图标，其程序编制过程简单，不涉及复杂功能实现的算法，易于掌握。同时，因为其编程过程基于可重复使用的功能模块，故可方便地使用由专业人员编制提供的专业级别的功能模块，开发出专业水平的程序。所以，La

7、bVIEW在世界范围内的众多领域如航空、航天、通信、汽车、半导体、化学和生物医学等得到了广泛的应用，从简单的仪器控制、数据采集到复杂的测试和数据处理，从工厂、科研院所到大学里的实验室，到处都可以发现LabVIEW的应用。在西方国家（如美国）的许多大学已将LabVIEW作为本科的教学内容，成为工程师素质培养的一个方面。由于LabVIEW虚拟仪器的强大功能，使得使用一套硬件系统就可进行多种不同要求的研