基于Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?。樱簦酰洌椋锏男盘柼幚硐到y(tǒng)設計

周宏強

[摘 要]:本文采用虛擬儀器軟件NI Measurement Studio實現(xiàn)了典型的信號處理系統(tǒng)。該程序在VC++.NET環(huán)境中調(diào)試通過,通過引入Measurement Studio用戶界面控件和分析函數(shù)庫,該設計可以將混有高斯白噪聲的正弦信號通過濾波提取出,并且分別計算得到其頻譜。該方法開發(fā)效率高,試驗結(jié)果準確可靠。

[關(guān)鍵詞]:Measurement StudioVisual C++ 頻譜 濾波

一、引言

本文實現(xiàn)了一個采用虛擬儀器軟件Measurement Studio的信號處理系統(tǒng)。Measurement Studio是美國國家儀器公司(National Instruments)針對測控工程、高級科學分析、數(shù)據(jù)采集(DAQ)等領(lǐng)域而開發(fā)的最優(yōu)化儀器控制助手。Measurement Studio集成到Visual Studio的開發(fā)環(huán)境中,提供包括各種類別和測試、測量與自動化應用的控件,極大地縮短了應用開發(fā)時間。典型的信號處理系統(tǒng)包括信號的濾波,頻譜變換等。本文使用Visual C++與Measurement Studio設計實現(xiàn)了信號的濾波及頻譜變換。

二、構(gòu)建一個Measurement Studio應用程序

以Visual Studio .NET 2003為例,介紹使用Visual C++開發(fā)Measurement Studio程序的方法。在安裝Measurement Studio成功后,打開菜單,選擇新建項目,在彈出的對話框中左側(cè)項目一欄中選擇“Measurement Studio Projects/Visual C++ Projects”,模板一欄中選擇“MFC Application”,填上項目名稱點擊確定按鈕。然后,會彈出Measurement Studio MFC Application向?qū)АＨ缓?根據(jù)自己的開發(fā)需求進行選擇,以確定應用程序的特性。

在生成的對話框模板上放置四個CWGraph控件,一個CWSlide控件,兩個Button以及四個Static Text控件。其布局如圖1示:

三、信號濾波

在為“產(chǎn)生信號”按鈕添加響應函數(shù),主要功能是產(chǎn)生正弦信號和高斯白噪聲,通過濾波得到原始的正弦信號。源代碼如下:

double NoiseAmp=0.5;//噪聲幅度

double SineAmp=1.0;/正弦信號幅度

double Cycles=5.0;//正弦信號周期

double phase=0.0;//正弦信號相位

CNiReal64Vector vNoise(1000);//噪聲數(shù)據(jù)

CNiReal64Vector vFNoise(1000);//濾波后噪聲數(shù)據(jù)

CNiReal64Vector vData(1000);//原始數(shù)據(jù)

CNiReal64Vector vFilter(1000);//濾波后數(shù)據(jù)

double fs=1000;/1000個采樣點

double FreqLowCut=24;//低通濾波器截止頻率24 Hz

double FreqHighCut=150;//高通濾波器截止頻率150 Hz

CNiMath::WhiteNoiseWave(vNoise, NoiseAmp, -1); //產(chǎn)生高斯白噪聲

//濾除噪聲信號的低頻部分

CNiMath::ButterworthHighPass(vNoise, vFNoise, fs, FreqHighCut);

//產(chǎn)生正弦波

CNiMath::SineWave(vData, phase, SineAmp, (Cycles/vData.GetSize()));

vData=vData+vFNoise; //噪聲加入到正弦波中

//將信號通過低通濾波器

CNiMath::ButterworthLowPass(vData, vFilter, fs, FreqLowCut);

m_Graph1.PlotY(vData); //在”有噪信號”圖表控件上繪制數(shù)據(jù)曲線

m_Graph3.PlotY(vFilter); //在”去噪信號”圖表控件上繪制數(shù)據(jù)曲線

四、計算信號頻譜

信號處理中往往需要計算信號的頻譜,可以通過Measurement Studio提供的庫函數(shù)直接計算信號的雙邊譜,下面的源代碼是以有噪信號為例計算信號的單邊譜:

CNiReal64Vector realData1,imagData1;//數(shù)據(jù)實部、虛部

realData1.SetSize(vData.GetSize());

imagData1.SetSize(vData.GetSize());

realData1=vData;

CNiMath::FFT(realData1,imagData1);//FFT變換

UINT numPts = vData.GetSize()/2;

double scalingFactor = 1.0/fs;

double deltaFreq = fs*scalingFactor;

CNiReal64Vector frequencyData1(numPts);

CNiReal64Vector zaosheng1(numPts);

for(unsigned long i = 0;i< numPts;i++)

{

double a=abs(realData1[i]);

double b=abs(imagData1[i]);

zaosheng1[i]=sqrt((a*a+b*b));

}

for(UINT i=1;i

{

frequencyData1[i]=zaosheng1[i]*scalingFactor*sqrt(2.0);

}

frequencyData1[0] = zaosheng1[0]*scalingFactor;

m_Graph2.PlotY(frequencyData1,0.0,deltaFreq);//繪制第一幅圖的頻譜

五、結(jié)束語

通過使用Measurement Studio提供的用戶界面控件和分析函數(shù)庫,在Visual C++環(huán)境中實現(xiàn)了典型的信號處理系統(tǒng),降低了開發(fā)此類程序的復雜性,縮短了程序開發(fā)周期。實踐證明,本方法具有準確性高、可靠穩(wěn)定性好等特點。

參考文獻:

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