基于LabVIEW 8．5的信號幅值特征值求取系統(tǒng)設計

0 引 言
    LabVIEW是基于圖形編譯(Graphics，G)語言的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、信號生成、信號處理、輸入／輸出控制等功能。與傳統(tǒng)編程采取的文本語言相比，LabVIEW使用G語言編程，界面更加友好直觀，是一種直覺式圖形程序語言。它有兩個基本窗口，前面板窗口和流程圖窗口，前面板窗口用于設置控制對象和顯示對象，相當于常規(guī)儀器的顯示屏幕或指針；流程圖窗口用于編寫和顯示程序的圖形源代碼，相當于語言編程中的語句，它由各種能夠完成一定功能的模塊通過連接線連接而成。
    信號特征值以一個數(shù)值表示信號的某些時域特征，是對測試信號最簡單直觀的時域描述。在測試系統(tǒng)中往往用一些模擬儀器表來指示信號的特征值。將測試信號采集到計算機后，可以在測試虛擬儀器中進行信號特征值處理，并在其前面板上直觀地表示出信號的特征值，可以給虛擬儀器的使用者提供一個了解測試信號變化的快速途徑。現(xiàn)就基于LabVIEW對周期信號及隨機信號幅值特征值求取系統(tǒng)進行設計。

1 信號幅值特征值分析
1．1 周期信號的幅值特征值
    周期信號的幅值特征值常以峰值、峰-峰值、均值、均方值和有效值表示。
    (1)峰值xp和峰-峰值xp-p
    峰值xp指在一個周期內(nèi)信號x(t)可能出現(xiàn)的最大絕對瞬時值，即：xp=|x(t)|max。
    峰-峰值xp-p是指在一個周期內(nèi)信號最大瞬時值xmax與最小瞬時值xmin之差的絕對值，即xp-p=|xmax-xmin|。
    信號的峰值和峰一峰值給出了信號變化的極限范圍，是選擇測試裝置的量程和動態(tài)范圍的依據(jù)。
    (2)均值μx
    周期信號的均值表示信號變化的中心趨勢，是信號的常值分量。
    (3)均方值pav和有效值xrms
    周期信號屬于功率信號，其能量無限，平均功率它反映了信號功率的大小。
    平均功率的平方根就是信號的有效值xrms，即：

   
1．2 隨機信號的幅值
    (1)均值μx是指各態(tài)歷經(jīng)隨即信號的樣本函數(shù)x(t)在觀測時間T上的平均值，即：

   
    它表示隨機信號的常值分量，是隨機信號波動的中心值，描述了隨機信號的靜態(tài)分量。
    (2)方差σx2描述隨機信號的幅值波動程度。用樣本函數(shù)x(t)偏離均值μx的平方均值表示，即：

   
    它是分析隨機信號的重要參數(shù)。信號波動的范圍愈大，則σx電愈大?？梢姡瑯藴什瞀襵描述了隨機信號的動態(tài)分量。
    (3)均方值ψx2描述隨機信號的強度，它是樣本函數(shù)x(t)的平均值，即：

   
    它代表信號的平均功率。

2 LabVIEW實現(xiàn)信號幅值特征值求取
2．1 LabVIEW實現(xiàn)周期信號幅值特征值求取
    用Express VI中的幅值和電平測量VI最為簡單有效。它的達到路徑是函數(shù)→信號分析→幅值和電平測量如圖1所示。

    參數(shù)對話框中共劃分4個區(qū)域，分別是要求進行的幅值特征值求取的項目、當前信號幅值特征值求取的結(jié)果、輸入信號預覽窗口和加窗后信號預覽窗口。其中，最重要的是幅值特征值求取的項目設置。
    用Express信號發(fā)生器產(chǎn)生一個仿真信號，其參數(shù)設置如圖2所示。這是個具有直流偏置和泊松噪聲干擾的三角波信號。用幅值和電平測量檢測其能夠檢測的所有幅值特征值的測試VI的前后面板示圖，如圖3所示。

2．2 LabVIEW實現(xiàn)隨機信號幅值特征值求取
    幅值和電平測量主要針對周期信號進行處理，因此，它可以求取的參數(shù)中沒有包括隨機信號和標準差。但可以引入Express VI中的配置統(tǒng)計它與信號幅值和電平測量位于同一個模板上，如圖4所示。

    現(xiàn)在用Express信號發(fā)生器產(chǎn)生一個仿真信號，其參數(shù)設置如圖2所示。這是個具有直流偏置和泊松噪聲干擾的三角波信號。配置統(tǒng)計檢測其能夠檢測的所有幅值特征值的測試VI的前后面板示意圖，如圖5所示。

    參數(shù)對話框共劃分了五個區(qū)域，分別是要求進行的幅值特征值統(tǒng)計的項目、當前信號幅值特征值統(tǒng)計的結(jié)果、輸入信號窗口和統(tǒng)計極值以及統(tǒng)計采樣特征。其中，最重要的是幅值特征值統(tǒng)計項目的設置?，F(xiàn)求取隨機信號幅值特征值，則選取均方根，標準差，方差即可。

3 信號的測量分析
    通過信號發(fā)生器產(chǎn)生一個仿真信號，可以設定仿真信號的某些參數(shù)，如信號的信號類型、頻率、幅值、偏移量等參數(shù)值。此外，還可以改變噪聲類型：二項分布噪聲，高斯白噪聲，泊松噪聲等。通過對配置仿真信號參數(shù)的調(diào)節(jié)設定，觀察LabVIEW對其特征值做出相應的變化，能有效直觀地從多方面驗證分析結(jié)果。例如，上文給出一個直流偏置和泊松噪聲干擾的三角波信號，則可以通過Express VI前面板看到當前信號的某些特征值的大小。

4 結(jié) 語
    利用LabVIEW開發(fā)的信號幅值特征值求取系統(tǒng)完成了周期信號和隨機信號的采集、顯示、保存。通過實測證明了系統(tǒng)測試分析結(jié)果的可靠性。利用該系統(tǒng)可以方便地進行現(xiàn)場測試與分析，提高了測試效率和結(jié)果的精確度，且擺脫了傳統(tǒng)測試分析儀器功能單一，成本高，不便于攜帶的缺點。