典型信号频谱分析

实验一典型信号频谱分析

一.实验要求

1.在理论学习的基础上，通过本实验熟悉典型信号的波形和频谱特征，并能够从信号频谱中读取所需的信息。

2.了解信号频谱分析的基本方法及仪器设备。

二.实验原理提示

1.典型信号及其频谱分析的作用

正弦波、方波、三角波和白噪声信号是实际工程测试中常见的典型信号，这些信号时域、频域之间的关系很明确，并且都具有一定的特性，通过对这些典型信号的频谱进行分析，对掌握信号的特性，熟悉信号的分析方法大有益处，并且这些典型信号也可以作为实际工程信号分析时的参照资料。本实验利用labVIEW虚拟仪器平台可以很方便的对上述典型信号作频谱分析。

2.频谱分析的方法及设备

信号的频谱可分为幅值谱、相位谱、功率谱、对数谱等等。对信号作频谱分析的设备主要是频谱分析仪，它把信号按数学关系作为频率的函数显示出来，其工作方式有模拟式和数字式二种。模拟式频谱分析仪以模拟滤波器为基础，从信号中选出各个频率成分的量值；数字式频谱分析仪以数字滤波器或快速傅立叶变换为基础，实现信号的时-频关系转换分析傅立叶变换是信号频谱分析中常用的一个工具，它把一些复杂的信号分解为无穷多个相互之间具有一定关系的正弦信号之和，并通过对各个正弦信号的研究来了解复杂信号的频率成分和幅值。

信号频谱分析是采用傅立叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。时域信号x(t)的傅氏变换为：

式中X(f)为信号的频域表示，x(t)为信号的时域表示，f为频率。用傅立叶变换将信号变换到频率域，其数学表达式为：

式中Cn画出信号的幅值谱曲线，从信号幅值谱判断信号特征。

本实验利用labVIEW平台上搭建的频谱分析仪来对信号进行频谱分析。由虚拟信号发生器产生一个典型波形的电压信号，用频谱分析仪对该信号进行频谱分析，得到频谱特性数据。分析结果用图形在计算机上显示出来，也可以通过打印机打印出来。

三.实验仪器和设备

计算机若干台，LabVIEW虚拟仪器平台 1套，打印机 1台。

四.实验步骤及内容

1. 打开labVIEW中的"典型信号频谱分析"脚本，进行信号频谱分析实验。

2. 点击labVIEW"典型信号频谱分析"实验中的"白噪声"按钮，产生白噪声信号，分析和观察白噪声信号波形和幅值谱特性。

3. 点击labVIEW"典型信号频谱分析"实验中的"正弦波"按钮，产生正弦波信号，分析和观察正弦波信号波形和幅值谱特性。

4. 点击labVIEW"典型信号频谱分析"实验中的"方波"按钮，产生方波信号，分析和观察方波信号波形和幅值谱特性。

5. 点击labVIEW"典型信号频谱分析"实验中的"三角波"按钮，产生三角波信号，分析和观察三角波信号波形和幅值谱特性。

6. 点击labVIEW典型信号频谱分析实验中的"正弦波＋白噪声"按钮，产生叠加信号，分析和观察"正弦波信号＋白噪声信号"波形和幅值谱特性。

五.实验结果

（1）方波

（2）正弦波（3）白噪声

（4）白噪声+正弦波

六.思考题

1. 为何白噪声信号对信号的波形干扰很大，但对信号的频谱影响很小。

答：白噪声的带宽无穷大，在整个频带上均匀分布的噪声，所以从频谱上看，只是把有用信号的频谱抬高了一点而已。而在时域上，白噪声是完全随机的信号，叠加到波形上会把信号的波形完全搅乱