沈阳理工大学通信原理(Labview)课程设计

成绩评定表

课程设计任务书

目录

1 目的及基本要求 (1)

2 相关分析原理 (1)

3 相关分析设计和仿真 (3)

3.1 具体设计步骤 (3)

3.2 设计中遇到的相关问题 (7)

4 结果及性能分析 (7)

参考文献 (11)

1 目的及基本要求

熟悉LabVIEW开发环境，掌握基于LabVIEW的虚拟仪器原理、设计方法和实现技巧，运用专业课程中的基本理论和实践知识，采用LabVIEW开发工具,实现相关分析实验设计和仿真。要求通过本课程设计使学生熟悉LabVIEW开发环境，掌握基于LabVIEW的虚拟仪器设计原理、设计方法和实现技巧，使学生掌握通信系统设计和仿真工具，为毕业设计做准备，为将来的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。

本课程设计要求掌握互相关与自相关的分析原理及其函数的测试方法，其中利用两个正弦信号的互相关函数测试互相关，利用四种典型信号的自相关函数测试自相关，学习并研究信号分析与处理课题有关理论，利用LabVIEW编程，完成相应的信号分析与处理课题，学习分析有关问题方法。

2 相关分析原理

相关是指两个变量之间的线性关系。相关分析是分析两个信号之间关系或一个信号在一定时移前后之间关系的重要工具。在实际工程领域，相关测速、相关滤波和利用相关原理探测管道泄漏点、识别信号类别成分等得到了广泛的应用。

相关函数可以用相关分析仪测量。相关分析仪有模拟式和数字式两种。使用LabVIEW 提供的函数可以构建一台数字式的相关分析仪。

两模拟信号x(t)和y(t)进行数字化处理以后，它们的相关函数表达形式应为：

式中：N 沿时间轴的总采样数。

i 沿时间轴的采样序数。

r 间断时移值。

作为有限长采样的相关函数估计为

用此公式进行离散相关的步骤如下：

1、取r=0，将所有对应采样点的x(i)和y(i)相乘。

2、将所有乘积相加。

3、以总采样点数做平均，得到相关函数的一个值)0(

R。

xy

4、取r=1，将所有对应采样点的x(i)和y(i)相乘，然后相加、平均，得到)1(

R。依次

xy

取r=2，r=3，…按以上步骤重复计算得到相关函数的各个值。

在x(i)和y(i)二离散序列长度相等时，计算)0(

R可以用全部计算长度数据来计算，而

xy

下一步计算时因y(i)做一步时移，使可提供计算的序列长度由N变为N-1。且随时移增大，可提供计算的序列长度越来越短，所以互相关函数的估值应为

与此类似，自相关函数的估值为

LabVIEW在“信号处理”“信号运算”函数子选板中提供了求互相关的VI 互相关，它所用的算法为

求自相关的VI所用的算法为

上式的算法仅适用于确定性信号的瞬态信号，所以在一般情况下就需要加以修正。这里提供的程序Modi Correlation用于完成这一修正，它的程序框图如图1所示。此VI 对LabVIEW求出的相关函数进行修正，将每个相关值除以(N-r)。N是LabVIEW求出的相关函数输出数组的长度，r是时移的位置。参数“

R in”是LabVIEW求出的相关函数值，

xx

“

R out”是修正后的相关函数值，Samples是采样值，d是输出相关函数首尾截去的百xx

分比（把时移造成的重叠太少而没有意义的部分截掉）。N是截短后的采样数。

图1 Modi Correlation VI的程序框图

3 相关分析设计和仿真

首先熟悉虚拟仪器的设计思想，而后便可着手进行相关分析测试的设计与实现。

3.1 具体设计步骤

1.互相关函数的实现

按图2所示的界面构建互相关函数程序的前面板。前面板中时域信号图形显示控件的时间轴设置为0~1024，幅值轴设置为自动调整Y标尺；互相关函数图形显示控件的时移轴设置为-100~100，幅值轴设置为自动调整Y标尺。

图2 互相关函数程序前面板

按图3所示的界面编写互相关函数的程序框图。图中①和②是“信号处理”“信号生成”函数子选板中的“正弦波”VI，这两个VI用来产生正弦信号。正弦波VI的“频率”参数是数字频率，等于模拟频率除以采样率，程序中设采样率等于2048；“采样”参数是样本数，程序中设为1024；“相位输入”参数是用度表示的相位；幅值（amplitude）设为

1。③是互相关函数。④是Modi Correlation VI。

图3 互相关函数程序框图

2.自相关函数的实现

按图4所示的界面构建自相关函数程序的前面板。前面板中时域信号图形显示控件的时间轴设置为0~1024，幅值轴设置为自动调整Y 标尺；自相关函数图形显示控件的时移轴设置为-100~100，幅值轴设置为自动调整Y 标尺。

①

②

③

④

图4 自相关函数程序前面板

按图5编写自相关程序框图。程序框中正弦波（Sine Wave）VI设采样率等于4096；采样数设为1024。均匀白噪声（Uniform White Noise）VI采样数设为1024。巴特沃斯滤波器（Butterworth Filter）VI设置为带通（Bandpass )类型，阶次（Order）为3。AutoCorrelation

VI求出原始信号的自相关函数，Modi Correlation VI进行修正。

3.2 设计中遇到的相关问题

经过了近一个星期的学习和操作，我终于完成了本次课程设计。从开始接到课题要求到最后相关分析的实现，再到报告的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受，我开始了独立的学习和试验，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己非常稚嫩的作品一步步完善起来，每一次改进都是我学习的收获，每一个题目的完成都会让我兴奋好一段时间。通过这段时间的学习使我对虚拟仪器的概念有了更进一步的了解，让我了解到了LabVIEW 的魅力及强大的功能。通过初步的了解此软件及尝试着用此软件编了些小程序，我学会了此软件的初步功能，为我以后的学习及实践做了个铺垫。在总体完成课程设计后，基本功能要求都得到了实现，但是一直显得不太美观，测试功能不太完善，本来想把本次课程设计的界面显示做得更加美观功能更加强大，但由于时间及能力有限，没有做得更好，这一点很遗憾，但愿有机会可以弥补。我感受到做课程设计是要用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破。通过本次课程设计，我在老师的精心指导和严格要求下，获得了丰富的操作实践知识，极大地提高了实践能力。

4 结果及性能分析

对于互相关函数，运行程序，两个通道选择不同的信号频率，在实验程序前面板上观察相关函数波形，验证不同频不相关。

将两个正弦波信号频率设为100Hz ，观察相关函数波形，验证同频相关，相关函数

ωττcos 2/)(00Y X R xy =。改变2通道信号的相位Φ，在游标显示器上读相关函数值，填入

表6中。如图7所示，可以看到当相位变到

90，即变为余弦函数时，相关函数值为0。说明正弦信号与余弦信号不相关。

90）

对于自相关函数，运行程序，分别对以下4种典型信号的自相关函数实验。

设置噪声幅值为0，信号幅值为1~5，信号频率为30~100Hz，观察正弦信号的自相关

函数图形。调整信号频率和幅值，观察自相关函数图像的变化。

图8 自相关函数程序运行结果一

设置信号频率为300Hz左右，信号幅值为5，噪声幅值为10，带通滤波器的低端截止

频率设置为1Hz，高端截止频率设置为500Hz，观察正弦波加随机信号的自相关函数图形。

图9 自相关函数程序运行结果二

设置信号幅值为0，噪声幅值为10，带通滤波器的低端截止频率设置为240Hz，高端截止频率设置为300Hz，观察窄带随机信号的自相关函数图形。

图10 自相关函数程序运行结果三

设置信号幅值为0，噪声幅值为10，带通滤波器的低端截止频率设置为200Hz，高端截止频率设置为2000Hz，观察宽带随机信号的自相关函数图形。

参考文献

[1]LabVIEW完全自学手册.龙马工作室编著.人民邮电出版社.2005.10

[2]LabVIEW与信号处理技术的应用.王新宇编著.北京邮电出版社.2007.9

[3]数字信号处理教程.程佩青编著.清华大学出版社.2005.12

[4]LabVIEW入门与提高.赵品编著.人民邮电出版社.2000.11

[5]LabVIEW高级应用.赵品编著.人民邮电出版社.2000.11

[6]LabVIEW印刷电路板设计教程.肖玲妮编著.清华大学出版社.2003.8