1 引言

　　在目前的測試領域中，越來越廣泛地利用相關檢測的方法進行濾波,。利用相關濾波可以方便地從復雜的待測信號(包括有用信號,、直流偏置、隨機噪聲和諧波頻率成分等)中分離出某一特定頻率的信號。在數(shù)字技術(shù)迅速發(fā)展以后,，相關濾波也經(jīng)常利用A/D板對信號采樣后,，在計算機中實現(xiàn)，成為數(shù)字濾波的一種形式,。本文設計了一種實現(xiàn)相關濾波的方法,，這是相關分析在測試技術(shù)中的一個典型應用。圖l所示為相關濾波器的典型框圖,。



　　Labview是美國國家儀器公司推出的一種基于“圖形”方式的集成化程序開發(fā)環(huán)境,，是目前國際上惟一的編譯型圖形化編程語言。在以PC機為基礎的測量和工控軟件中,，Labview的市場普及率僅次于C++/C語言,。Labview開發(fā)環(huán)境具有一系列優(yōu)點，從流程圖式的編程,，不需要預先編譯就存在語法檢測和調(diào)試過程使用的數(shù)據(jù)指針,，到其豐富的函數(shù)、數(shù)值分析,、信號處理和設備驅(qū)動等功能,。應用Lab-view進行濾波器設計，效率高,，操作簡單,，并能對誤差精度進行實時調(diào)整。把傳統(tǒng)儀器利用Labview用軟件的方法來實現(xiàn),，開發(fā)周期短,，易于維護和升級，可以設計出傳統(tǒng)儀器所不能比擬的虛擬儀器,，“軟件就是儀器”——這就是虛擬儀器技術(shù)的精髓,。

　　模擬自相關濾波器

　　2 虛擬相關濾波器的設計

　　2.1 前面板的設計

　　在Labview環(huán)境下開發(fā)的應用程序稱為VI(Virtual Instrument)。VI是Labview的核心,，有一個人機交互的界面——前面板,，和相當于源代碼功能菜單框圖程序——后面板組成。前面板是程序的界面,，在這一界面上有控制量和顯示量兩類對象,。在前面板中，控制量模擬了儀器的輸入裝置并把數(shù)據(jù)提供給VI的框圖程序,，例如開關,、旋鈕等；而顯示量則是模擬了儀器的輸入裝置并顯示由框圖程序獲得或產(chǎn)生的數(shù)據(jù),，例如用于顯示波形的窗口等,。后面板又稱為代碼窗口或流程圖，是VI圖形化的源程序，在流程圖中對VI編程,，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出等功能,。流程圖中包括前面板上沒有但編程必須有的對象，如函數(shù),、結(jié)構(gòu)和連線等,。

　　前面板如圖2所示，由以下幾個部分組成：參考信號的參數(shù)設置,、待處理信號的參數(shù)設置,、濾波結(jié)果的實時顯示以及原始信號的波形圖和濾波結(jié)果的波形圖?？梢栽O置參考信號的幅值和頻率,，也可以對3路正弦信號設置頻率幅值和相位。程序成功運行后就可以從濾波實時顯示區(qū)得到濾波結(jié)果的頻率幅值和初相位,，同時在波形顯示區(qū)中也可以得到相應的波形，使結(jié)果更為直觀地反映出來,。



　　2.2 后面板的設計

　　后面板如圖3所示,。后面板中的控件與前面板中的控件相對應，并且通過連線,、添加程序以及加入各種信號等措施進行編程,，實現(xiàn)自相關濾波的功能。同時通過在前面板設置各種不同的參數(shù),，成功地運行程序,，實現(xiàn)所要求的目標。為了實現(xiàn)這一功能,，筆者又掭加了激勵信號源,、濾波器加法器和乘法器等各種運算器。經(jīng)過運行程序．測試結(jié)果顯示能夠?qū)崿F(xiàn)從一個包含多種頻率成分的信號中提取出所需單一頻率信號的功能,，相當于實現(xiàn)了濾波,。由于這種濾波的思路是從相關函數(shù)的定義出發(fā)的，因此成為相關濾波器,。



　　在這里,，筆者用仿真信號發(fā)生器來模擬待測的信號，在實際中這個待測信號通常由數(shù)據(jù)采集卡采集得到,。輸入的待測信號為3路正弦信號的疊加,，需要從中檢測出20 Hz的信號。這個測試VI實現(xiàn)了相關濾波過程的動態(tài)顯示,，使用了循環(huán)結(jié)構(gòu),。

　　3 改進后的濾波器設計

　　上述實現(xiàn)相關濾波的基礎上，還可以進一步改進，使程序更加簡單,。改進后的前面板如圖4所示,，將多路信號集于一個圖中顯示，更加直觀,。同時增加了粗調(diào)和細調(diào)旋鈕,，顯得更加精確。改進后的前面板結(jié)構(gòu)更加緊湊,，設計也更加合理,。



　　改進后的后面板如圖5所示?？梢钥吹?，濾波器用一個信號平均值測量VI代替了原來的濾波器VI。這是因為在相關濾波中,，濾波器的作用實際上就是求取測試信號的直流分量,，因此這樣同樣可以實現(xiàn)相關濾波。利用相關函數(shù),，可以識別并提取混淆在噪聲中的信號,，即進行相關濾波。



　　在數(shù)字技術(shù)迅速發(fā)展以后,，相關濾波經(jīng)常利用A/D板對信號采樣后在計算機中實現(xiàn),，成為數(shù)字濾波的一種形式。而在Labview中實現(xiàn)相關濾波的方法,，也是相關分析在測試技術(shù)中的一個典型應用,。

　　4 結(jié)束語

　　虛擬儀器已經(jīng)為越來越多的人所使用和接受，因為虛擬儀器系統(tǒng)更快速簡捷和方便,，也可以節(jié)省硬件資源,。通過虛擬濾波器設計，可對虛擬儀器有更深的理解和領悟,，也為以后進行更進一步的研究提供了基礎,。