基于虛擬儀器的頻率測量軟件系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

　　2.2框圖程序的設(shè)計(jì)

　　打開框圖程序窗口，首先對(duì)在前面板設(shè)計(jì)時(shí)選擇的各對(duì)象的位置排列整理，然后通過選擇功能(functions)模板中的各子項(xiàng)內(nèi)容，添加用于控制前面板上各個(gè)對(duì)象的圖形化的函數(shù)代碼，這些函數(shù)代碼將完成有關(guān)的數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)處理等功能。最后根據(jù)虛擬儀器的具體功能連接到前面板上的每一個(gè)控制對(duì)象和每一個(gè)顯示對(duì)象[6]，最終完成基于功率譜估計(jì)的頻率測量軟件系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。

　　在圖2中，可以看出測量系統(tǒng)核心的兩部分分別是功率譜估計(jì)模塊和頻率測量模塊。根據(jù)功率譜估計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)中主要采用了周期圖、Welch、AR譜估計(jì)和ARMA譜估計(jì)4種方法;而在頻率測量模塊，主要采用了能量重心法、改進(jìn)的能量重心法、直接測頻法和譜峰搜索法。其中，改進(jìn)的能量重心法是在原有能量重心法的基礎(chǔ)上，通過調(diào)用Array Max Min函數(shù)找出最大元素的索引號(hào)，然后對(duì)功率譜數(shù)組從第一個(gè)元素開始，按一定長度抽取一子數(shù)組，可以認(rèn)為這個(gè)數(shù)組中包含了信號(hào)頻率的全部功率譜線，從而進(jìn)行能量重心測頻。而直接測頻法，則是針對(duì)輸入信號(hào)，通過調(diào)用Ext.ract Single Tone Informa-tion函數(shù)直接完成測頻[7]。 function ImgZoom(Id)//重新設(shè)置圖片大小 防止撐破表格 { var w = $(Id).width; var m = 650; if(w

　　3結(jié)果處理及分析

　　在設(shè)計(jì)的基于功率譜估計(jì)的頻率測量系統(tǒng)中，選擇數(shù)據(jù)來源中的仿真信號(hào)，設(shè)定信號(hào)頻率100 Hz，直流偏置為1 V，噪聲幅值2 V，采樣頻率512 Hz，采樣點(diǎn)數(shù)102 400，F(xiàn)FT點(diǎn)數(shù)1 024，窗函數(shù)類型選擇Hanning窗，窗長為32點(diǎn)，重疊點(diǎn)數(shù)為窗長的50%，通過利用功率譜估計(jì)方法和頻域測頻法，可完成信號(hào)頻率的測量，并得出測量頻率的相對(duì)誤差，如表1所示。

　　從表1中的仿真結(jié)果可以看出，在頻率測量方法相同的條件下，利用Welch譜估計(jì)可以得到較高的頻率測量精度，而在功率譜估計(jì)方法相同的條件下，改進(jìn)的能量重心法可以達(dá)到更高的測頻精度。然而在實(shí)際條件下，由于非整周期采樣引起的頻譜泄漏、柵欄效應(yīng)窗函數(shù)的影響和環(huán)境等因素都會(huì)使測頻精度降低，因此，應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用條件選擇不同的功率譜估計(jì)和測頻方法的組合，從而完成高精度頻率測量。

　　4結(jié)束語

　　在信號(hào)的頻率測量中，利用功率譜估計(jì)和頻率測量相結(jié)合的方法，能有效地提高測量精度。同時(shí)，借助虛擬儀器良好的人機(jī)界面和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析處理函數(shù)庫，結(jié)合軟件無線電的思想，構(gòu)建頻率測量軟件系統(tǒng)，對(duì)信號(hào)頻率測量也具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和研究價(jià)值。