基于LabVIEW的高精度频率测量算法研究
LabVIEW与电子测量技术高精度数据采集与分析
LabVIEW与电子测量技术高精度数据采集与分析LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一款十分强大的图形化开发环境软件，被广泛应用于各种工程领域中的数据采集与分析。
在电子测量技术中，LabVIEW的应用能够实现高精度数据的采集与分析，为工程师们提供了便利与效率。
一、LabVIEW的基本原理LabVIEW采用了所谓的G语言（G for Graphics），通过图形化编程的方式实现各种功能模块的搭建与连接。
这种基于块图的编程方式使得开发人员可以直观地构建复杂的数据采集与分析系统。
LabVIEW 还支持各种硬件设备的接口，如传感器、电压表等，能够与这些设备进行通讯，实现数据的实时采集与传输。
二、LabVIEW在电子测量中的应用1. 数据采集LabVIEW提供了丰富的数据采集模块，可以灵活地与各种传感器和设备进行交互。
通过调用适当的函数，可以实时采集电压、电流、温度等各种信号，得到高精度的测量数据。
同时，LabVIEW还能够实现数据的并行采集，提高采集效率。
2. 数据分析采集到的数据需要经过分析才能得到有意义的结果。
LabVIEW提供了多种数据分析的工具模块，如滤波、傅里叶变换、功率谱分析等。
这些模块可以方便地应用于数据，在不同的模块之间进行连接与配置，构建出符合需求的数据分析流程。
3. 用户界面设计LabVIEW具备强大的图形化用户界面设计功能，可以根据工程师的需求自定义各种交互界面。
通过界面上的按钮、滑动条等控件，可以实现对实验参数的调整和控制。
同时，LabVIEW还支持数据的可视化呈现，如曲线图、柱状图等，使得数据分析结果更加直观。
三、LabVIEW与电子测量技术的优势1. 简化开发流程相比传统的编程方式，LabVIEW的图形化编程使得开发者可以更快速地构建复杂的数据采集与分析系统。
通过拖拽模块、连接线条，避免了复杂的代码编写过程，使得开发者能够更专注于功能本身的实现。
基于LabVIEW的频谱测量仪研发及实现
参考文献：
[1] 刘芸,孙钦利,邢俊红.基于 LabVIEW 的 声 卡 数 据 采 集 系 统 设 计 [J].现 代 电 子 技 术 ,2007,14(253):177-179.
图 5 频域分析的频谱图
[2] 何正嘉,訾艳阳,张西宁.现代信号处理及工程应用[M].西安:西安交通大学出版社,2007.
（1） 式中，a0，an，bn 为傅立叶系数，fn 为各次谐波的频率。 对于某一瞬时态信号可以设定其周期 T 趋向无穷大，这时序列可以化为
（2） 这里傅立叶系数变为连续的频率函数：
（3） 式（3）即是著名的傅立叶变换[2]，式（2）是傅立叶反变换。如果将信号 x(t)经 A/D 采样变成数字信号序列 x(n)，则对照式（3）可以得
在实际应用上，如果只利用传统仪器测试音频信号的频谱，很难满足用户自定义的要求，并且它的工作界面是固定的，又不灵 活的。 如果用其它文本语言编程它的测试系统，那么它的开发周期一般较长，编程程序较复杂。 而 LabVIEW 采用强大的图形化语言 编程，编程非常方便，人机交互界面直观友好，具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力[1]。 因此，引入虚拟仪器技术，能够更好地 解决了存在的这些问题，而且能够更直观、图形化地研究被测量信号的频谱分析。 并且频谱分析在生产实践和科学研究中有着广泛 的应用。
Tel:+86-551-5690963 5690964
基于 LabVIEW 的频谱测量仪研发及实现
陈公兴
（广东技术师范学院天河学院 电气工程系，广东 广州 510540）
摘要：虚拟仪器是仪器发展的最新方向之一，已成为信息技术的一个重要领域，并对科学技术的发展和工业生产产生了重要的影 响。 因此，引入到频谱测量仪的虚拟仪器技术研究具有切实可行的实际意义。 该文采用虚拟仪器图形化编程语言 LabVIEW 构建的 频谱测量仪，减少了测试过程中的硬件设备，节约了仪器成本，解决了传统仪器的频繁使用，损坏现象较为严重的问题，同样实现了 对信号的实时采集、处理、分析和显示的目的，达到良好的效果。 关 键 词 ：虚 拟 仪 器 ；频 谱 ；LabVIEW 中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2010)21-5940-03 Development of Spectrum Analyzer Based on LabVIEW CHEN Gong-xing (Eletrical Engineering Department, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510540, China) Abstract: Virtual Instrument appearance is the revolution of the instrument field，has made great influence on the development of technology and the production of industry.Virtual Instrument is the latest development orientation of instruments，it has become the important field of information technology.Therefore,it is of feasible significance in Virtual Instrument research applied to spectrum measurement.Therefore， the paper researches the portable spectrum measurement composed by LabVIEW.Real-time data acquisition and analysis can be achieved by signal spectrum test system.At the same time，the equipments will be reduced with the graphic programmable language LabVIEW.It can save the cost of equipment，sove the more serious problem that traditional instruments are used frequently so that damage phenomenon is more serious. Key words: virtual instrument; spectrum; LabVIEW
基于LabVIEW的电子频率计设计
基于LabVIEW的电子频率计设计张佑春;徐涛;朱炼;张公永【摘要】针对传统频率计存在的测试精度偏低、误差偏高等诸多缺陷,提出了一种基于Lab VIEW的虚拟电子频率计设计方案.在分析测频、测周原理的基础上,设计了虚拟电子频率计手动、自动测试硬件系统;建立了底层驱动函数动态链接库;完成了测试测量系统控制与显示功能面板,以及程序框图设计.设计的系统具有5档闸门时间调节,5档周期倍乘切换,5种时标信号选取,以及自动选择测量等功能.实验测试数据表明,虚拟电子频率计较传统电子频率计有精度高、误差小和通用性好等优势,具有一定的应用及推广价值.【期刊名称】《兰州工业学院学报》【年(卷),期】2016(023)003【总页数】6页(P52-57)【关键词】频率计动态链接库 LabVIEW【作者】张佑春;徐涛;朱炼;张公永【作者单位】[1]安徽工商职业学院电子信息系,安徽合肥231131;[2]河南科技学院机电学院,河南新乡453003;[3]滨州学院电气工程系,山东滨州256600【正文语种】中文【中图分类】TP319随着计算机技术、微电子技术和现代测试测量技术的发展，传统的测试测量仪器由于功能过于单一、携带不便和可移植性差等诸多缺陷，已不能满足用户多任务的测量需求，使用逐步受限.虚拟仪器的出现极具划时代意义，它提出软件即仪器的口号，简单地说就是运用软件和计算机内部资源来代替硬件测试系统，从而大为简化测试仪器的硬件结构，节约资源，提高测试测量效率[1-2].在测试测量系统中，对信号源周期及频率的测量要求越来越高，信号源频率及信号源脉冲周期的高精度测量备受关注.Du Baoqiang等人[3]提出了一种结合A/D转换器和自适应移相原理，基于量化相位法的宽频率、高分辨率的频率测量方法.Piero Altoè等人[4]结合量子力学/分子力学(QM/MM)的方法，设计了可拆分为三个不同层次的几何优化、频率计算和分子动力学调查系统，可以对应不同的精度要求进行测量.吕运朋等人[5]采用ARM嵌入式微控制器设计了一种较高分辨率频率计，并对多周期同步测频率法原理作了适当改进.张佑春[6-7]、沈辉[8]、潘红[9]等人运用虚拟仪器技术给出了虚拟直流电压表、数字存储示波器和虚拟频谱分析仪设计方案，相比较传统测试测量仪器，其测试测量精度都有了较大提高.詹惠琴[10]、李莉等人[11]运用CPLD、AT89C51单片机和虚拟仪器技术完成了频率计的设计，并运用LabVIEW模块化编程语言开发了软件程序和用户界面，但仅从理论上验证了系统的相关性能.周敏[12]、董玉冰[13]等人运用Multisim软件仿真设计了一种数字频率计，但精度普遍偏低.本文设计的虚拟电子频率计，选用图形化编程语言LabVIEW搭建测试平台，在分析测频、测周原理的基础上，搭建了虚拟电子频率计手动、自动测试硬件系统；其次，运用LabWindows/CVI软件建立了底层DLL驱动程序函数库，实现了上下位机的相互访问与控制[14-16]；最后，完成了测试测量系统控制与显示功能面板，以及程序框图设计.系统设计有5档闸门时间调节，5档周期倍乘切换，5种时标信号选取，以及自动选择测量等功能.1.1 频率测试原理框图设计频率即周期性信号在单位时间内变化的次数，电子频率计依据f=N/T的定义进行测频，其对应的测频原理方框图如图1所示，工作时间波形如图2所示.频率测量过程为，首先输入待测信号，经过脉冲形成电路生成计数的窄脉冲，其次由时基信号发生器产生计数闸门信号，待测信号通过闸门进入频率计算，最终得出待测频率.若闸门开启时间记为T,待测信号频率记为fx，在闸门时间T内计数值记为N，则待测频率为fx = N/T.由公式(1)可知，倘若闸门时间为1 s，则待测信号频率应为1 kHz，此时，测频分辨率为1 Hz.1.2 周期测试原理框图设计由于周期和频率互为倒数，因此在测频的原理中对换一下待测信号和时基信号的输入通道就能完成周期的测量.其原理如图3所示.待测信号Tx通过脉冲形成电路，取出一个周期方波信号加到门控电路，若时基信号周期为T0，电子频率计计数为N，则待测信号周期为.由公式(2)可知，倘若令fx=50 Hz，则闸门打开时间为1/50 s(=20 ms).若选择时基频率为f0=10 MHz，时基T0=0.1 us，周期倍乘选1，则频率计计得的脉冲个数为N=Tx/T0=200 000个，如以ms为单位，则频率计测试数据为20 ms，此时，周期测试分辨率为0.1 us.1.3 测试方法选取当直接测频和直接测周的电子频率计读数N相等时，就确定了一个测频和测周的频率分界点，这个分界点的频率值称为中界频率.由测频和测周的表达式可以看出：测频时的电子频率计计数N和测周时的电子频率计计数N相等时，即可确定中界频率fxm为,.公式(3)中，fs为测频时选用的频标信号频率，即闸门时间的倒数fs=1/Ts；f0为测周时选用的时标信号频率，f0=1/T0；当fx>fxm时，应使用测频的方法；当fx<fxm时，则应使用测周的方法.1.4 自动测试功能设计电子频率计的自动测频/测周功能主要取决于中界频率，假定选择闸门时间为1 s，测周/频时标信号频率为10 MHz，周期倍乘M为1，则中界频率为 MHz(=3 162 Hz).那么，在选用电子频率计自动测量时，可以先指定用测频的方式预测一下输入信号的频率，再与中界频率比较，之后便可自动确定电子频率计测频/测周方式. 2.1 软件流程设计电子频率计主要功能由软件系统实现，利用LabVIEW可以开发出结构合理、功能全面、界面美观的测量仪器软件系统，系统的测频范围为1 Hz～2 MHz，测周范围为0.5 us～1 s，闸门时间分为5档，即1 ms，10 ms，100 ms，1 s和10 s；周期倍乘分为5档，即×1，×10，×100，×1 000和×10 000；时标信号选择分为5种，即1 K，10 K，100 K，1 M和10 M；能够实现自动选择测量功能，即当被测对象的频率小于3 162 Hz的中界频率时，按测周的方式测量；当被测对象的频率大于3 162 Hz的中界频率时，按测频的方式测量.整个程序采取顺序结构与选择结构相结合，依次实现系统的初始化，EPP接口通信测试，自动测试的判定与运行，测频和测周的判定与运行及结果显示.在软件设计中，系统的初始化和EPP接口通信测试是通过直接调用驱动函数动态链接来实现；而频率、周期的测量及其数据处理和显示是先通过调用驱动函数动态链接，再将其做成5个子vi模块，即Run_cymometer.vi,Fr_Ebits.vi,Fr_Effective_Show.vi,T_Effective_Show.vi和Led_Display.vi.软件的整体设计流程图如图4所示.2.2 底层驱动程序设计利用LabWindows/CVI软件编写所需的驱动函数动态链接(DLL)函数库，LabVIEW中也提供了DLL调用功能，由此可以轻松实现程序对硬件的访问.借助LabVIEW的库函数节点调用功能，待动态库函数正确定位后，依次选择库函数的类型和名称，再添加相关参数及内容，即可实现DLL函数调用.用到的驱动函数有void epp_init(void)//初始化EPP端口；int epp_read_check(void)//EPP读数检查；int run_ cymometer (unsigned char m_what, unsigned charf0_control,unsigned char nTF, unsigned char gate_cw, int panel_Handle, int stop_ID, double *rult,double *rult_1, int *ebits，unsigned char *ll, unsigned char *mm, unsigned char *hh) //频率/周期测量；int led_display(double display_data) // LED显示；void fr_ebits (unsignedchar gate_cw, double co cymometer unter_rult，int *effective_bits, double *show_rult) //控制频率的有效位；void fr_effective_show (double display, int ebits, double *display_show, int *bit, char unit[]) //控制频率的有效显示，包括数值和单位；void T_effective_show (double display, int ebits, double *display_show, int*bit, char unit[]) //控制周期的有效显示，包括数值和单位.2.3 功能面板设计虚拟电子频率计功能面板主要由测量选择、指示和程序控制三类组件构成，其中测量选择类主要包括闸门时间/周期倍乘选择、时标选择、测频/测周选择和自动方式选择；指示类主要包括显示周期/频率的单位、读数、指示，显示闸门时间的单位，显示周期倍乘/闸门时间读数、指示，运行、出错、采样指示，显示自动方式下的测频/测周；程序控制类主要包括控制程序开始和退出.图5为虚拟电子频率计功能面板，正在显示的是50 Hz的信号源.2.4 虚拟电子频率计程序框图设计整个程序要求由“测量”和“退出”按扭来控制程序的运行与否，因此主框架可以设计为structure中的while循环与case结构结合使用.由于LabVIEW特性是顺序流程，因此，循环内部可以设计为顺序结构，即使用structure中的flat sequence case.整个设计流程包括EPP初始化及读数检查，判定测量方式及数据处理显示.自动测量时，闸门时间定为1 s, 时标信号取频率为10 MHz，预测频率大于3 162 Hz时，按测频方式测量并处理显示结果；预测频率小于3 162 Hz时，按测周方式测量并处理显示结果.非自动测量时，测频/测周开关置“测频”时，按测频方式测量并处理显示结果；测频/测周开关置“测周”时，按测周方式测量并处理显示结果.虚拟电子频率计主要程序框图如图6所示.选用普源DG1022U任意波形函数信号发生器，首先，产生幅度为3 V的不同频率信号，由虚拟电子频率计对其进行测频，选择不同的闸门时间，测量的频率值如表1所示.其次，利用函数信号发生器产生幅度为3 V的不同频率的方波信号，由虚拟电子频率计对其进行测周，选择不同的周期倍乘，测量的周期值如表2所示.最后，利用函数信号发生器产生不同频率的信号，由虚拟电子频率计对其进行自动测量，测量的频率/周期值如表3所示.通过比较分析可知，待测频率较高的信号适用于采取测频方式测量，反之宜采取测周方式测量；本文运用LabVIEW设计的虚拟电子频率计较传统频率计具有测试范围广、精度高、误差小等优势，提高了测试测量的效率.和传统的频率计相比，虚拟电子频率计可以自动选取测频和测周两种计频方法，依靠计算机内部丰富的软硬件资源，最大程度上简化了系统外围硬件电路设计，但是本身的功能并没有减少，相反，系统测试精度大大提高，相对误差大幅降低.实验表明，系统运行稳定、可靠性高.【相关文献】[1] National Instruments Corporation. LabVIEW User Manual[M]. Texas: National Instruments Corporation，2012.[2] 雷振山，肖成勇，魏丽，等. LabVIEW高级编程与虚拟仪器工程应用:修订版[M]. 北京：中国铁道出版社，2013.[3] Du Baoqiang, Dong Shaofeng, Wang Yanfeng, etc. High-resolution frequency measurement method with a wide-frequency range based on a quantized phase steplaw[J]. IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control, 2013, 60 (11):2237-2243.[4] Piero Altoè, Marco Stenta, Andrea Bottoni, etc. A tunable QM/MM approach to chemical reactivity, structure and physico-chemical properties prediction[J]. Theoretical Chemistry Accounts, 2007, 118 (1):219-240.[5] 吕运朋，李海威，张全法，等. 基于ARM 的嵌入式高精度频率计的设计[J]. 电子测量技术，2009,32(1)：73-76.[6] 张佑春. 基于LabVIEW的虚拟直流电压表设计[J]. 浙江科技学院学报，2014，26(5)：333-338.[7] 张佑春，张公永. 虚拟数字存储示波器设计[J]. 陕西理工学院学报:自然科学版，2015，31(3)：22-27.[8] 沈辉，沙立民，张重龙. 基于LabVIEW的多功能虚拟示波器设计[J]. 电子测量技术，2012,35(11)：90-93.[9] 潘红，李冶，郭睿楠，等. 基于LabVIEW和FPGA的多功能虚拟频谱分析仪设计[J]. 实验室研究与探索，2014,33(12)：66-71.[10] 詹惠琴，古军. CPLD和虚拟仪器的频率计综合设计[J]. 实验科学与技术，2008,6(2)：13-15，27.[11] 李莉,熊晶. 基于CPLD和单片机的等精度数字频率计设计[J]. 现代电子技术，2015,38(10)：118-120，123.[12] 周敏. 基于Multisim 的高精度数字频率计的设计和仿真[J]. 机电产品开发与创新，2011,24(5)：95-96.[13] 董玉冰. 基于Multisim9.0简易数字频率计的设计与仿真[J].长春大学学报，2009,19(6)：6-8,18.[14] Qiongfang Yu, Dezhong Zheng, Yi Yang, etc. An Arc Fault Detection Method Basedon Wavelet Feature Extraction and The Design & Realization by LabWindows/CVI[J]. Journal of Computers, 2013,8(2): 417-424.[15] 矫英祺，任国全，李冬伟，等. 基于LabWindows/CVI的振动测试数据分析处理系统设计[J]. 测控技术，2015，34(1)：52-54,58.[16] 吴应发，刘路路，赵柯莹，等. 基于Labwindows/CVI的大气激光通信误码率测试[J]. 河南师范大学学报:自然科学版，2014,42(3)：55-59,176.。
LabVIEW虚拟仪器实现精准测量
LabVIEW虚拟仪器实现精准测量LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一款用于测量和控制系统的集成开发环境。
通过该软件，用户可以创建虚拟仪器来进行各种实验和测试。
本文将探讨如何使用LabVIEW实现精准测量，并介绍其在实际应用中的优势。
第一部分：LabVIEW简介及基本原理（400字）LabVIEW是一种图形化的编程环境，通过将函数和连接节点组合在一起来创建程序。
它的核心思想是将仪器功能抽象为一个个的虚拟仪器，用户只需简单地将这些虚拟仪器连接起来，即可完成各种测量和控制任务。
在LabVIEW中，用户可以选择不同的测量设备来实现精准测量。
这些设备可以是数字或模拟设备，如传感器、数据采集卡等。
通过连接这些设备，LabVIEW可以实时获取传感器采集到的数据，并进行处理和分析。
第二部分：LabVIEW的应用领域（400字）由于其易用性和灵活性，LabVIEW在许多领域得到了广泛的应用。
以下是几个典型的应用领域：1. 自动化测试和数据采集：LabVIEW可以用于自动化测试系统的设计和实施，并实时采集和分析测试数据，提高测试效率和精度。
2. 控制系统：LabVIEW可以用于设计和开发各种控制系统，如运动控制、自动化生产线等。
它可以实时读取传感器数据，并根据设定的规则进行逻辑判断和控制。
3. 物联网和工业4.0：随着物联网和工业4.0的兴起，LabVIEW可以作为物联网和工业自动化的核心开发工具之一。
它可以实现设备之间的互联互通，实现智能化控制和监测。
4. 学术研究：LabVIEW在科学研究领域有着广泛的应用。
它可以用来构建各种自定义的实验平台，并实时获取实验数据进行分析。
第三部分：LabVIEW实现精准测量的步骤（500字）实现精准测量的关键在于准确地获取和处理数据。
下面是使用LabVIEW进行精准测量的基本步骤：1. 设定测量目标：首先，确定测量的参数和目标，如温度、压力、电压等。
基于LabVIEW的调频连续波雷达频率测量算法
ｃｍ ｉ ｅｔ ｏ ｅｔ ｌｏ ｅｔｎｗｔ ｆ ｔ ｏｒ ｒｒｎｆ ｍ Ｆ ｒ ｈ ｉｐｏｅ ｈｅ ｉ ａ ｐｏｅｓ ｇｆ ｃｏ ｏ Ｌｂ ＩＷ， ｈ ｈ ｏ ｂ ｅｔ ｅｒ ｏ ｓ ｃ ａ ｃｒ ｃｏ ｉ ａ ｕ ｅ ｔ ｓ ｒ （ ｒ ） ａ ｍ ｒｖｄｔ ｇ ｌ ｒ ｓｎ ｕ ｔｆ ｆ ａＶＥ ｗ ｃ ｎ ｈ ｈ ｙ ｆｐ ｒ ｒ ｉ ｈ ｓＦ ｉ ａ ｏ ｓ ｓｎ ｃ ｉ ｎｉ ｉ Ｃ ｅａｐ ｅ ａｕ ｎ ｅｓ ａ ｆ ｑｅｃ ｔｅｒｑｅｃ ｏｕ ｔ ｏｔｕｕ ａｅＦ Ｃ ｒｄｒ ＩＣ ｆｃｖ ｃ ａｅｔ ｎ ａ ｂ ｐｌｄｉ ｍｅ ｒ ｇｔ ｉ ｌ ｒ ｎｙ ｆｈ ｅｕｎｙｍ ｄｌｅ ｃｎ ｎｏｓ ｖ（ Ｍ Ｗ）ａａ．ｔ ａ ｅｅｔｅ ｅｒ ｓ ｅ ｉ ｎ ｓ ｉ ｈ ｇ ｅ ｎ ｕ ｏ ｆ ａｄ ｉ ｗ ｎ ｉ ｄ ｅ ｈ
目 标的距离和速 度 ，Ｍ Ｗ 雷达 具有射频 带宽 大 ， 辨率 高 ， ＦＣ 分 天 线部件尺寸小 ， 受气象环境影 响小等特点 。它 的基本 原理是利 用发射信号和反射信 号之间的频率差确定 距离 ， 利用多普 勒频
率确定速 度。 由于 Ｆ Ｗ 雷达频 率测量 的实 时性和频率 分辨 ＭＣ
检测电路如 图 １ 所示 。压 控振 荡 器信号 与 目标 回波 信号 经混频 器混频 ， 差 频信 号经 中频放大 、 其 滤波后 送数据 采集 与 １ 处理 电路 ， 计算出中频信号频率
离和速度。
．
，
然后利用公式 计算出距
是一个完整周期（ 或是信号周期的整数倍）否则会产生较大的 ，
０ 引 言
２ 基于 Ｌ ｂ Ｉ Ｗ 的频率检测程序 的设计 ａＶ Ｅ ２ １ Ｉ Ｃ 雷 达频 率测量过程中的频谱泄漏 问题 ． ＦＶ Ｗ Ｉ
基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪及频域测量误差分析
=cos 0
+0
0
1/2 O
1/2
t
0
O
0
1/2 O
1 /2
t
主瓣 旁瓣
2/1 O 2/1
1/2
O
1/2 t
0O
0
图 2 余弦信号加矩形窗对频谱的影响
综上所述， 与
之间的近似程度取决于信号数字
化 (采样、A/D 转换、截断) 及傅里叶变换产生的量化误差、混
max
max
(a) 采样前信号的频谱
0
图 3 栅栏效应
max
max
max max
(b) 采样后信号的频谱
(c) 信号发生混叠
图 1 混叠现象
(2) 实 际 的 测 试 信 号 时 间 长 度 可 以 是 无 限 长 的 ，而 采 样 时 间 总 是 有 限 的 ，因 此 用 计 算 机 处 理 的 是 有 限 长 的 信 号 ，相 当 于 截 取 无 限 长 信 号 的 一 部 分 进 行 分 析 处 理 。这 种 截 取 相 当 于 对 被处理信号加了一个矩形窗，加窗后的信号频谱 与原信 号的频谱 是不同的。
例如，图 2 所示为一余弦信号加矩形窗后的频谱 与 原信号的频谱 。余弦信号加矩形窗截断后，两根冲激谱 线变成了以± 0为中心的 Sa ( )形的连续谱，相当于频谱从 0 处“泄 漏”到 其 它 频 率 处 ，即 原 来 一 个 周 期 内 只 有 一 个 频 率 上 有 非 零 值 ，而 现 在 几 乎 所 有 频 率 上 都 有 非 零 值 ，这 就 是 频 谱 泄 漏 现 象 。复 杂 信 号 会 造 成 更 复 杂 的 频 谱 泄 漏 ，信 号 互 相 叠 加 ， 难 以 分 辨 。因 此 ，信 号 在 时 域 只 要 加 了 窗 ，在 频 域 就 会 不 可 避 免 地 产 生 频 谱 的 泄 漏 ，造 成 频 谱 失 真 。 频 谱 泄 漏 是 不 可 避 免 的 ，只 有 尽 量 减 小 泄 漏 。
基于Labview的高重频激光测量方法
基于Labview的高重频激光测量方法作者：贾冰徐佳来源：《电子技术与软件工程》2016年第24期高重频激光测量传感器以高速、高精度的测量模式，对航天航空、工业计量、测绘、社会发展有着深远影响，本文基于Labview提出一种以高重频激光器为核心的激光测量系统，二轴电子罗盘提供方位信息，方位选通功能，；选用FPGA板作为核心计算单元，高速处理大量采集数据；利用Labview编程环境高效的进行信号特征提取、选通及存储，建立了一种新型激光测量方法。
【关键词】激光测量 Labview 串口通信数据采集激光测量利用激光较好的单色性、相干性和方向性的特点，实现高精度测量，根据不同的测距环境有相应的测距模式，目前被广泛的用于地形测量、战场测量等重要军事装备上，并且应用与工业测控、矿山、港口等领域。
其中，激光在对目标进行测量时，目标面积通常只占被测区域的一部分，方位选通的实质就是根据得到的目标轮廓确定扫描范围，在确定的扫描范围内，只对特征点采集部分的测量数据。
这样做可以使扫描范围和数据处理压力大大减小，测量效率得以提高。
1 系统组成原理1.1 测距系统建立激光测距系统由激光发射单元、接收单元、系统软件控制平台、数据处理平台。
计算机通过Labview向激光发射单元发送开始测量命令，激光照射到预置目标后随即产生回波信号，被激光接收单元接收，通过串行接口与FPGA通信，FPGA板将采集信号解码为距离及灰度信息，同时通过网口传输至计算机控制系统接收，通过对Labview编程进行一定距离范围内的数据存储及显示。
1.2 激光传感器系统选用波长为905nm的半导体红外激光传感器测量，具有测距精度高、抗干扰能力强、隐蔽性好的特点。
每秒钟可得到约30K个数据，测距精度可达毫米级。
每组数据格式由2字节组成，每字节首字母为校验位，经过FPGA计算封装打包由串口向计算机控制系统传输。
计算机由WIFI模块接收数据，通过Labview进行数据处理及特征提取，得到用户需要的有效距离信息自定义界面。
本科论文--LabVIEW测频率
摘要采用虚拟仪器技术对高精度的频率源进行测量，具有简单、易行、精度高的特点。
这与以往利用实际仪器仪表对频率进行测量在方法上有着很大的不同。
LabVIEW就是基于虚拟仪器的开发环境，本文阐述了基于虚拟仪器技术在频率测量中的实际应用，根据电子测量的基本原理、计算方法和流程，实验利用了LabVIEW的特有语言—G语言—对被测对象进行程序编译、运行、修改并最终显示运行结果。
在实现频率测量的过程中，利用声卡代替了数据采集卡，把声音数据采集上来作为信号源，通过测量声音的频率，对外界声音信号进行仿真实验，最后给出了被测信号频率的仿真结果。
实验结果以图形显示和数据显示的方式，对被测对象进行了准确地测量。
通过实验，实现了虚拟仪器对信号频率的测量。
虚拟仪器是电子测量中的新技术，有着广阔的发展前景，是实验、教学及检测领域的重要技术。
关键词: 虚拟仪器；电子测量；频率测量ABSTRACTAdopting virtual instrument technique in the frequency source that high accuracy has characteristics of simplify、easy operation and high accuracy .This has the very big difference with the former frequency measurement method.LabVIEW was based on the virtual instrument development environment, and this article elaborates the practical application of virtual instrument technology in the frequency measurement. According to the basic theories、the computational method and the flow of electronic measurement, the experiment used the LabVIEW unique language (G language) to compile, run, correct the measured subject and eventually display the result. During the process of realizing the frequency measurement, there are some steps including using the sound card instead of data acquisition card as the signal source, measuring the frequency of sound, carrying out simulation experiment for outside voice acquisition and finally giving out the simulation results of the frequency of the measured signals. The result of experiment has measured the subject accurately by the means of displaying graph and data. The experiment has realized the measurement of signal frequency in the virtual instrument.Virtual instrument is a new technique in electronic measurement, having vast development foreground, and is the important technique of experiment, teaching and in the field of detection.Keywords: Virtual instrument; Electronic measurement; Frequency measurement目录引言 (1)1 电子测量 (2)1.1 测量概述 (2)1.1.1 测量的基本概念 (2)1.1.2 测量的重要意义 (2)1.2 电子测量的特点和应用 (3)2 虚拟仪器及LabVIEW基础 (6)2.1 虚拟仪器概述 (6)2.1.1 定义 (6)2.1.2 比较与差异 (6)2.1.3 虚拟仪器对电子测量的影响 (8)2.2 LabVIEW概述 (8)2.1.1 LabVIEW简介 (8)2.1.2 LabVIEW的体系结构 (9)3 时间与频率的测量 (11)3.1 概述 (11)3.1.1 时间、频率的基本概念 (11)3.2 数据采集 (11)3.2.1 数据采集系统的构成 (11)3.2.2 数据采集卡简介 (12)4 设计方法 (15)4.1 可行性研究及需求分析 (15)4.1.1 开发背景 (15)4.1.2 需求分析 (15)4.1.3 设计思想 (22)4.2 设计方法在Labview中的实现 (22)4.2.1 总设计的程序图 (22)4.2.2 程序框图分解分析 (24)4.2.3 设计图的前面板演示及结果 (29)4.2.4 程序中一些模块的功能 (35)5 虚拟仪器的发展前景 (37)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录A 英文原文 (42)附录B 汉语翻译 (51)引 言现代科学技术的发展是建立在精密测量基础上的，目前人们所涉及到的物理量和物理常数中，频率时间是最精密、准确的计量单位，其他许多测量可以转化为频率时间的测量。
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Ｆ Ｗ 雷 达 的研 究 带 来 了极 大 的方 便 ＭＣ
图 １ ＭＣ 雷 达 中频 信 号 处 理 电 路 Ｆ Ｗ
３ 采样 参 数 调 整 原 理
Ｆ Ｗ 雷 达 混 频 器 输 出 的 中频 信 号 是 被 三 角 波 截 ＭＣ
＼ ＼ ＼
断的不连续信号 ．其频谱是具有一定主瓣宽度及多 个
旁瓣的连续谱。 在对信号进行离散傅立 叶变换时 ， 所得
到 的 只是 连 续 谱 的一 些 离 散 值 ．为 使 离 散 傅 立 叶变 换
三
．
结果 和实 际信号频率一致 ，应当保证在一个工作周期 内采集到 的中频信号是一个完整周期 （ 或是 信号周期
图 ２采 样 参 数 调 整程 序 框 图
集和 Ｆ ｒ Ｆ 变换 ， 到一 个频率值 ， 得 并将 通过移位寄 存器传输到框架 左端 ， １时 ，ａｅ ｉ － ｃｓ 框架 为 Ｆ ｌ ，将 ｆ ａｓ ｅ ｌ
和 接 入 ｃｓ 框 架 ．由框 架 内几 个 节 点 完 成 对 样 ａｅ Ｓ的 修 正 运 算 ．并 以新 的 ＃ ａ进 行 第 二 次 数 据 采 集 和 Ｆ Ｓ ｎ１ 得到频率值 ｆ 此时 ， ２ ， 已基 本 克 服 非 整 周 期 采 样 带 来 的
泄 漏误 差
ｆ ｆｆ ｆ ｆ ６ ｌ２３ ４ ５ ｌ ｆ
’
４ 频 谱 校 正原 理
在 上 述 处 理 过 程 中 ． 由于第 一 次测 得 的 ｆ 在 一 Ｉ 存 ｐ～ 经 Ｆ ｒ分 析 得 到 的一 组 谱 线 ， 以设 想 在 ｐ 是 Ｆ 可
定 的误差 ， 使得 由 ｆ计算 出的 ｝ ａ Ｉ ｝ 也存在误差 另外 ， Ｓ 采样 点数 的调 整是按 给定 频率分 辨 率 的整 数倍 计算
２ １ ．５ ０ ｏ０
研 究 与 开发
可表示为 ：
∑ｐｉｏ ∑ｐ ￣ｐｏ ． ｆ ＝ ＝
ｉ ＝１ Ｉ ｌ ＝
Ｎ
Ｎ
（ ／ ∑ｐ ） ∑ｐ） （
ｉ ＝１ Ｉ ＝Ｉ
在 上 式 中 ．右 边 分 子 部 分 为 各 谐 波 分 量 的 能 量 矩
（ 率 Ｐ 与 频 率 ￡ 积 ） 和 ， 母 是 各 次 谐 波 功 率 之 功 乘 之 分 和 ， 式 比值 则 是 校 正 后 的 ， 代 表 了 谱 线 包 络 的 能 分 它
法 对 谱 线 进 行 校 正 ， 使 测 量 精 确 度 有 较 大 的提 高 。 可
关 键 词 ：频 率 测 量 ； ＭＣ 雷 达 ； ａ Ｖ Ｅ ； 率 泄 漏 ； 量 矩 平 衡 ；校 正 Ｆ Ｗ Ｌｂ ＩＷ 频 能
０ 引
言
主要公式如下 ：
２Ｖ
， ＝
，
在 调 频 连 续 波 （ ＭＣ ） 达 测 量 实 践 中 ， 得 到 Ｆ Ｗ 雷 为
量 重 心
（ ） 进 算 法 误 差 曲 线 ｂ改 图 ４ 两种 算 法 误差 对 比
５ 实 验 结 果
将 校 正 公 式 在 Ｌ ｂ Ｅ 语 言 环 境 下 用 ＮＩ 数 据 采 ａ ＶＩ Ｗ 一
参 考 文 献
集 卡 进 行 了 实 际 采 集 实 验 输 入 信 号 在 １ ～０ Ｈｚ ０ ８ Ｋ 范
的整 数 倍 ）否则 会 产 生 较 大 的测 量 误 差 。 。 为 克 服 频 谱 泄 漏 ．本 方 案 采 用 动 态 调 整 采 样 点 数
的办法实现整周期采样。 具体方法是 ： 先按照距离分辨
率 的 最低 要 求 （ Ｒ ｌ 。 据 调频 连 续 波 （ＭＣ 雷 达 Ａ ＝ ｍ）根 Ｆ Ｗ）
和， ： 即
Ｐ ＋ ＋ ． ｐ ．・
量精度要求更高 ． 而采样点数受 到限制 时 ． 以用能量 可 矩平衡 的方法对测得 的频率值进行校正 能量矩平衡
校 正 原 理 如 图 ３所 示
作 为 一 般 表 达 式 ， 谱 线 组 有 效 谱 线 为 Ｎ， 上 式 令 则
现 代计 算 机
而 形 成 泄 漏 误 差
磁 波 传 播 速 度 ； 调 制 三 角 波 周 期 ： 发 射 信 号 带 Ｔ为 Ｂ为 宽 ； 为 发 射 信 号 波 长 ； 为发 射 信 号 中心 频 率 。 ｆ ０
由 Ｒ、 式 可 以 看 出 ， Ｖ 只要 实 时 测 量 出 ｆ 、ｌ 即可 ｜ｆ ， ＋ 一
中频信号公式 ｆ ４ Ｒ Ｆ （ ｒ Ｂ ／Ｃ Ｂ为发射信号带宽取 ３０ ｚ ＝ ０ＭＨ 、
Ｔ为 调 制 三 角 波 周 期 取 ２ 、 为 距 离 测 量 范 围取 ５ ｍｓＲ ～ １０ 、 ０ ｍ Ｃ为 电磁 波 传 播 速 度 ） 计 算 出频 率 分 辨 率 ＝ ， １ Ｈ ， 根 据公 式 ： Ｋ ｚ再 △＝ （ 为 采 样 频 率 、Ｓ为 采 样 ＃
对 误 差 标 准 差 为 １ ３ ．用 自动 调 整 ＃ ．％ ０ ｓ与频 谱 校 正 相 结 合 的测 量 方 法得 到 的相 对 误差 曲线 如 图 ４ ｂ） 示 ， （ 所 相 对 误 差 标 准 差 为 ００１ ． 测 结 果 表 明 ． 进 后 的 算 法 ． ％ 实 改
【］ 康 ， 利 旗 ． 散 频 谱 的 能 量 重 心 校 正 法 ． 动 工 程 学 ２Ｔ 江 离 振
其 中： 为 三 角 波 上 升 段 中频 频 率 ； 一 三 角 波 下 为 降 段 中频 频 率 ； 为 目标 运 动 时 的多 普 勒 频 率 ； 具 备 同步 关 系 ．采 集 到 的 是 被 截 断 的离 散 信 号 在 对 这 种 信 号 进 行 离 散 傅 立 叶 变 换 时 ． 所 得 到 的 只 是 连 续 谱 的一 些 离 散 值 ．在 非 整 周 期 采 样 条 件 下 ． 线 最 大 值 的位 置 往 往 偏 离 频谱 包 络 中 心 ． 谱 从
收 稿 日期 ：０ ０ ０ — ９ ２ １ — ３ ２
修 稿 日期 ： ０ ０ ３ １ ２ １ —０ —３
作 者 简介 ： 杰 （９７ ， ， 北 石 家庄 人 ， 士 研 究 生 ， 师 ， 究 方 向 为 计 算机 应 用 张 １７ 一） 男 河 硕 讲 研
现 计 机 ２１． ｏ 代 算 ００ ５ ０
研 究 与 开发
基 于 Ｌ ｂ ＩＷ 的高精度频率测量算 法研 究 ａ Ｖ Ｅ
张 杰 ． 崔 健
（ 放 军 通信 指 挥 学 院 二 系 ，武 汉 解 ４ ０ ０） ３ ０１
摘
要 ： 提 高频 率 测 量 精 确 度 ，提 出一 种 自动 调 整 采 样 参 数 与 频 谱 校 正 相 结 合 的 频 率 测 量 算 法 。 为 该算 法首先根据 当前频率值 调整采样 点数 ， 以满 足 整 周 期 采 样 的 要 求 ． 然后 用 能 量 矩 平 衡
（ ）－ ａ ｉＯ
点 数 ）给 出采样 频率 ＝ Ｍ ｚ １ Ｈ ，计算 出采样 点数 样 ： Ｓ
１０ 。 用此 参 数 先 粗 测 一 次 频 率 值 为 ， 下来 进 行 以 ００ 接
下 三步处理 ： ①用 除以 ｆ 得 到 Ａ Ｆ ｒ 一 个信号 周 ｌ ， ＝Ｊ（ １
期包含的采样点数 ）②用 除以 Ａ得 到实际采集信 ； ，
的， 群 即 Ｓ只 能 按 频 率 分 辨 率 的 整 数 倍 变 化 ． 频 率 测 当
谱线组的反方 向存在一个 Ｐ， 。它等于谱 线组 能量之和 ，
位 于实 际信 号 频 率 ｆ处 。假定 Ｐ 乘 以 ｆ表 示 Ｐ 对 频率 ０ 。 ｏ 。 原 点 的 能量 矩 。此 能 量 矩 应 等 于谱 线 组 各 分 能 量 矩 之
（ ｉｌ ｂ）＿
如 图 ２所示 ．将两次采集及 Ｆ ｒ Ｆ 处理过程置 于 Ｆｒ ｏ 循
环 框 架 内 ，０ 循 环计 数 端 口 Ｎ ２ 当 重 复 端 口 ｉＯ时 ． Ｆｒ ：， ＝ 执 行第 一 次 循 环 ，以 ＃ ＝ ００ Ｆ １ ｚ 行 第 一 次 采 Ｓ １０ 、 ＭＨ 进 ＝
硬 件 的成 本 和 体 积 Ｌ ｂ ＥＷ（ ａ ｏａｏｙＶ ｒ ａ ｎｔ ａ ＶＩ Ｌ ｂ ｒｔｒ ｉ ｕ ｌ ｓｒ ｔ Ｉ － ｕｎ ｎ ｎ ｉｅ ｆ ｇ 是 美 国 国家 仪 器 公 司开 发 的 一 种 图 Ｉｅ ｔ ｇｎ ｅ ｎ ） Ｅ ｉ 形 化 虚 拟 仪 器 编 程 语 言 ． 具 有 丰 富 的 函 数 库 ． 以完 它 可
抗 干 扰 能 力
Ｉ Ｎ ｔ ｎｌＩｓ ｕ ｎ Ｃ ｒｏａｉ ． ａ Ｖ Ｅ ７Ｅ ｐｅｓＭ ａ ４ ａ ｏａ ｎｔ ｍｅｔ ｏｐｒｔ ｎ Ｌ ｂ ｌ Ｗ ｘ ｒｓ ｅ － ］ ｉ ｒ ｏ
ｓ ｒ ｍｅｎｓ Ｍ ａ ｎｕ ｌ ｕｅ ｔ ｎ ａ
【］ 国屏 等 ． ａ Ｖ Ｅ ７ １编 程 与 虚 拟 仪 器 设 计 ． 京 ： 华 ５侯 Ｌ ｂ Ｉ Ｗ ． 北 清
计算出 Ｒ和 Ｖ
１ Ｆ Ｗ 雷 达频 率检 测 电 路 的 组 成 ＭＣ
Ｆ Ｗ 雷 达 中频 信 号 处 理 电路 如 图 １ 示 发 射 ＭＣ 所
２ 虚 拟 仪 器 介 绍
虚 拟 仪 器 是 一 种 基 于 计 算 机 的 自动 化 测 试 系 统 虚 拟 仪 器 通 过 软 件将 计 算 机 强 大 的计 算 处 理 能 力 和 仪 器 硬 件 的 测 量 控 制 能力 结 合 在 一 起 ．大 大缩 小 了仪 器
围 内以 ７ ０ ０ Ｈｚ为 间 隔取 １ ０个 频 率 点 ．用 普 通 方 法 测 ０
【】 浩 等 ． 用 Ｆ 进 行 电力 系 统 谐 波 分 析 的 改 进 算 法 ． ｌ庞 应 兀１ 中
国电 机 ＿ 学 报 。 ０ ３，３（ ：０ ５ Ｔ程 ２ ０ ２ ６）５ ～ ４
得 的 以标 准 差 表 示 的 相 对 误 差 曲线 如 图 ４ ａ 所 示 ． （） 相