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GHz高頻信號的LabVIEW和MATLAB混合處理新方法

作者: 時間:2013-07-13 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:探討了對進行采集和處理的設(shè)計難點,提出將的采集數(shù)據(jù)的特性與強大的計算能力相結(jié)合的方法,并以此設(shè)計了一個系統(tǒng)。然后通過3種不同的方法,分別是將txt文件引入、使用 script、使用Math Script RT,來結(jié)合和MATLAB,以采集得到的信號和內(nèi)部產(chǎn)生信號的為標度來分析不同方法的可行性及效率,通過對比結(jié)果,最終確定了一種最佳的方案。
關(guān)鍵詞:;;;MATLAB

隨著技術(shù)力量的不斷提升,被處理的信號的頻率越來越高。例如,手機的信號便是上GHz的超。在采集這類超高頻信號的過程中,系統(tǒng)很容易受到各種電磁波的干擾,從而使有用信號夾帶各式各樣的諧波成分,這就給后續(xù)的信號處理帶來了很大的麻煩,諸如數(shù)據(jù)量過大,計算復(fù)雜等。因此設(shè)計一套效率高,可用性強的系統(tǒng)來對高頻信號進行采集及處理顯得尤其重要。

1 設(shè)計思路
在這篇文章中,作者討論一種可行的方法,即是使用LabVIEW來進行數(shù)據(jù)采集,使用MATLAB作為數(shù)據(jù)處理的平臺。那么如何高效的將兩者結(jié)合將成為設(shè)計的關(guān)鍵。本文將對不同的結(jié)合方法進行實驗,具體執(zhí)行步驟如下:首先使用LabVIEW將高頻信號采集回來并暫時保存;鑒于MATLAB強大的計算能力,作者使用它來產(chǎn)生一個用于比較的高采樣率的波形,并將這個波形通過3種不同的技術(shù)引入LabVIEW;最后通過與相關(guān)性,可行性與速度的對比,分析哪一種方法才是最好的。

2 文獻調(diào)查
在文獻中,作者介紹了在LabVIEW平臺如何運用DAQ工具進行基本采集的相關(guān)操作。文獻中的作者介紹了在MATLAB上對信號進行各種處理的基本方法。在文獻中,作者展示了在NI平臺上如何運用Math Script RT模塊來開發(fā)MATLAB代碼。文獻介紹了在LabVIEW中使用MATLABscript模塊進行接口設(shè)計。

3 軟件介紹說明
LabVIEW是一種基于數(shù)據(jù)流的編程語言,而MATLAB是第四代編程語言,用來執(zhí)行數(shù)字計算的任務(wù)。
LabVIEW的數(shù)據(jù)流編程是一種基于圖標的,因而常被人們稱為G語言。用這些圖標連成的程序叫做VIs(虛擬儀器)。程序的接口是基于前面板的,它能夠接收輸入和提供輸出,在前面板中各部分模塊以圖標連線的方式組成一個結(jié)構(gòu)框架。前面板中的另外一個重要的特性是連線板,它的作用是在一個VI中以圖標的方式使用另一個VI。
人們最初使用LabVIEW只是用來測量,自動化控制,但是隨著LabVIEW集成了越來越多的特性,它逐漸轉(zhuǎn)變成了一種完善的開發(fā)環(huán)境。G語言最大的優(yōu)勢就在于他并行執(zhí)行的能力。
MATLAB常被人們稱為第四代語言。它具有嚴謹?shù)臄?shù)字化矩陣操作,如果用一些簡單的語言,如:C,C++,來執(zhí)行這些操作的話,那不論對編程者還是計算機來說都將是非常困難的。MATLAB起初是用來計算復(fù)雜的矩陣的。它也集成了不同的特性來滿足各種各樣的要求。例如,添加的Simulink就是MATLAB朝圖形模塊化發(fā)展的重要的一步。
使用LabVIEW還是MATLAB來完成特定的功能,取決于編程者的個人愛好。但是由于某些原因,作者需要將一種編程環(huán)境的特性使用在另一種環(huán)境中,比如:將一個使用MATIAB寫的代碼使用在并行執(zhí)行的環(huán)境中。本文主要研究了LabVIEW與MATLAB相結(jié)合的3種解決方法,并通過一個用來標度的信號發(fā)生器來分析使用3種不同方法的優(yōu)劣。

4 系統(tǒng)
所設(shè)計的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/153455.htm

a.JPG


4.1 產(chǎn)生信號
當(dāng)要對一個高頻信號(比如高達2 GHz的信號)進行采集和處理的時候,通常會設(shè)計一個高速或者超高速硬件采集電路。包括放大部分、濾波部分;A/D和D/A轉(zhuǎn)換部分等,這對電路的要求非常高,要求邊采集邊存儲,電路速度高,而且要考慮各種輻射干擾等,同時,目前市場上的高頻信號發(fā)生器價格普遍昂貴。因此作者使用LabVIEW的DAQmx工具包,產(chǎn)生虛擬高頻信號。
DAQmx產(chǎn)生的虛擬高頻信號可調(diào)參數(shù)多,且能夠產(chǎn)生諸如正弦波,方波,鋸齒波等波形。作者使用不同參數(shù)的信號,以使得結(jié)果更具有說服力。例如:頻率范圍:500 M~10 GHz,分辨率為10 Hz。
4.2 LabVIEW進行采集及顯示
先在DAQmx定時VI中設(shè)定好采樣模式及采樣率,這里作者設(shè)定的是連續(xù)采樣模式和1 000的采樣率;接著在DAQmx讀取VI中,作者設(shè)定為模擬多通道多采樣2D DBL,超時設(shè)為2;最后將DAQmx開始任務(wù)VI、DAQmx停止任務(wù)VI、DAQmx清除任務(wù)VI與前面兩個VI連接,這樣就完成了基本的采集設(shè)計。將產(chǎn)生的模擬信號直接連接到波形圖表VI可以很直觀的看到波形。
前面板設(shè)計如圖2所示。

b.JPG


其主要部分是顯示采集波形的圖表,和內(nèi)部產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)的圖表。表盤和其左方的波形圖是均方差的相關(guān)表述,數(shù)字控件描述的是均方差和的值。
相比起其他的信號比較法,如:基線信號比較法、信噪比和有效數(shù)據(jù)位比較法等,采用均方差來比較波形顯得更加的簡便,可靠。而相關(guān)性揭示了2個波形的相似度,即是2個數(shù)據(jù)間的線性關(guān)系。
采集的數(shù)據(jù)在LabVIEW中被保存為一個txt文檔,這只需要將數(shù)據(jù)連線到寫入文本文件VI即可。保存的數(shù)據(jù)可以被用來進行處理、分析或者是其它用途,同時這也提供了備份以防止不可遇見的事故發(fā)生。
4.3 MATLAB進行處理
MATLAB被用來執(zhí)行數(shù)據(jù)計算來比較2個波形。


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