LabVIEW数字信号处理实验平台设计(6)
本实验的实时信号源由逐点正弦波发生函数模拟产生，并迭加了高频噪声。在线分析中，通过实时的滤除噪声还原正弦信号，当数据量达到一定时进入离线滤波，滤波结果如图13所示。通过图11与图13的比较，可以看到在线分析和离线分析的结果是一致的，但是在线分析在数据采集的同时就给出了分析结果，而且不需要对采集到的数据进行缓存，而离线分析则需要缓存，为了节约资源，实时滤波只需在线分析即可。
图11 “滤波器滤波信号的逐点分析”的前面板
图12 “滤波器滤波信号的逐点分析”的程序框图
图13 “基于数组的滤波信号”最终波形
3.3.4 窗函数实验
窗函数主要用于截断信号、减少谱泄漏、分离频率相近的大幅值信号与小幅值信号。
部分窗函数的定义：
Rectangular窗
Rectangular窗的效果如同没加窗一样，它的作用只是将信号截短。Rectangular窗的谱泄漏最大，可以用来分析持续时间比较短的信号。
Hanning窗
Hanning窗用来分析持续时间比较长的信号，也可作为通用窗函数。
Hamming窗
Hamming窗与Hanning窗很相似，只是在时域中Hamming窗的边缘并不趋近于零。
在实际测量中，采样长度是有限的。当使用DFT或FFT分析信号频谱时，算法将假设采样信号为周期信号，第一个周期即采样信号，整个信号则是采样信号的周期复制，则周期与周期之间信号是不连续的，这将造成“谱泄漏”现象，即好像某一频率的能量泄漏到了其他频率。解决谱泄漏问题的一种方法是无限延长采样周期，这样FFT就能算出正确的频谱，但这肯定是不现实的。另一种解决办法就是加窗。谱泄漏的能量取决于周期延拓时突变的幅度，跳跃越大，谱泄漏越大。加窗就是将原始采样波形乘以幅度变化平滑且边缘趋零的有限长度的窗来减小每个周期边界处的突变。
为了观察加窗前后信号及其频谱的不同，该实验采用LabVIEW信号处理模块中的窗函数模块完成。其程序框图如图14所示，前面板如图15所示。
图14 “窗函数”的程序框图
如图15所示，程序显示了标准正弦信号加Hamming窗处理后频谱图和未加窗的频谱图。当正弦信号的频率不是整数时，将会出现信号周期延拓时的突变现象。从图15中可以清楚地看到未加窗频谱出现了明显的谱泄漏现象，而加窗后信号的频谱则没有谱泄漏现象。
图15 “窗函数”的前面板
4. 总结
本文提出基于LabVIEW的数字信号处理虚拟实验平台的设计方案，并利用LabVIEW软件搭建了数字信号处理实验课程的实验平台。该平台充分利用了LabVIEW语言的灵活、开放、用软件代替仪器功能的特点，使得该平台具有简单、直观和良好的人机界面等特点，成为学习和理解数字信号处理的相关知识和实验的学习平台。构建虚拟试验平台既可实现传统实验室无法完成的实验，解决了学校购置实验设备的经费问题，又解决了平时学生做实验的空间性和时间性的限制，为学生提供了一种崭新的实验方式。当然，本文所设计的虚拟实验平台还需要添加大量的实验内容，使之成为一个真正完整的实验室，并具有效率高、成本低、资源共享等特点，这将使其替代现有的传统实验平台，成为实验室建设的发展方向和主流。