信号可视化在无线电装备教学中的应用

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1、信号可视化在无线电装备教学中的应用　　摘要：信号处理是无线电设备的工作的核心。无线电设备中涉及到多种信号和信号处理方法。在无线电设备教学中，为了更好地表现信号处理的过程，直观地传递信息，提出了信号可视化的教学方法，使复杂的原理直观化，便于学生理解学习。信号可视化包括信号特征可视化和信号处理可视化两方面。信号特征可视化方面，针对雷达、通信、语音、导航等类型信号，给出了时域、频域、时频域信号可视化的方法；信号处理过程可视化方面，针对滤波、调制、解调、傅里叶变换等信号处理方法，结合各种信号处理操作前后信号在不同特征的变

2、换，给出了可视化表现方法。该方法用于通信原理的职业教育中，起到较好的效果。　　关键词：电子设备；信号可视化；模拟仿真　　中图分类号：G648文献标识码：B文章编号：1672-1578（2013）12-0005-028　　信息时代的今天，无线电装备得到大量的应用，尤其是在飞机上，大量的机载电子设备得到广泛的应用。在机载电子设备的教学中，涉及到各种类型的信号和信号处理方法，理论讲解很难达到较好的效果。为了提高教学效果，提出了采用信号可视化的教学手段。信号可视化的主要目的是借助图形化手段，更高效和清晰地交流信息。为了让

3、思想能有效地传递，良好的外观和内在功能性都缺一不可。从信号特征可视化和信号处理可视化两个方面进行可视化教学。给出了信号可视化的定义和信号可视化实现方面的原则，并给出了信号可视化的实例，对电子类教学具有启发意义。实际教学活动表明本教学方法获得较好的教学效果。　　1.可视化研究进展　　信号可视化与信息可视化的概念类似，但研究的对象不同。首先来回顾一下信息可视化（InformationVisualization）的概念，信息可视化是包括数据可视化（DataVisualization）在内的，是科学可视化的具体实现。而数

4、据可视化起源于1960年计算机图形学，人们使用计算机创建图形图表，可视化提取出来的数据，将数据的各种属性和变量呈现出来。　　信号可视化的对象是信号，而信息可视化的研究对象是数据的可视化。根据信息论的定义，信号是信息传输的载体。因此，信号的复杂度与信息传输方式有很大关系。如同一个信息，既可以通过无线电波发射出去，也可以通过有线网络、光纤发射出去。因此，信息可视化是与专业领域密切相关的，信号可视化的难度远大于信息可视化。8　　文献[1]探索了信号与线性系统中可视化教学方法的应用。该文采用Matlab作为可视化工具，给

5、出了傅里叶分析的可视化实现方法。文献[2]对经过小波变换滤波后的语音信号进行特征编码形成语音的组合特征，将该组合特征作为一个新的特征量来表小语音信息，并将这种特征用简中的图形表示出来。文献[3]着重介绍了可测性辅助设计与分析软件的图形化建模软件平台的方案设和具体实现。该文采用Visio绘图控件进行二次开发来构建图形化建模环境，允许建模人员创建系统的多信号分层可测性模型图，用于可测试评估。文献[4]为满足水声对抗的实时可视化需求，采用基于OpenGL的三维图形编程语言和多线程技术，实现了对水声信号类型、频谱的嵌入和

6、单独绘制，并且将OpenGL绘制的图形嵌入到OpenGVS软件中，实现了视景的同步显示。文献[5]利用Surfer绘制等值线和Java语言实现了无线电台信号覆盖范围的地图可视化。以上文献对信号可视化进行了广泛的研究，但在可视化的定义、原则与使用方面研究不够深入。本文就信号可视化的定义，可视化的原则和实现方法方面进行深入的研究，探索信号可视化的内涵和实现方面的原则。　　2.信号可视化的定义与原则　　2.1信号可视化的定义。电子装备按照处理信号的不同可以分为有线电子装备和无线电子装备。其中，无线电子装备用于接收和发射

7、无线电信号，其功能和原理更为复杂。在无线电子装备中，信号处理是核心。对信号处理的理解可以从两个方面进行。一个是信号的特征，也就是信号在时域、频域、时频域的特征；一个是信号处理对信号特征的改变。如滤波将会去除信号附加的噪声，调制将会根据信号的幅度、频率或者相位改变载波的响应特征。　　图1信号可视化的含义8　　因此，机载电子设备教学中信号可视化包括两个方面，一个是信号特征的可视化，一个是信号处理的可视化。信号特征的可视化是基础，信号处理的可视化是核心。机载电子设备中的信号来源包括两种：一种是直接采集人工信号，如语音、

8、图像、文字等。一种是由电子设备自身产生信号，包括雷达信号、高度表信号、导航信号等。因此，信号特征的可视化主要指以上信号具有的特征的可视化。机载电子设备中，主要的信号处理过程包括滤波、检波、调制与解调、检测、匹配等，因此信号处理的可视化主要包括滤波、检波、调制与解调、检测、匹配等多种操作前后信号特征的变化。总之，信号特征的可视化可以使学生便于认识各种不同特征的信号，而信号处