基于Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?。樱簦酰洌椋锏男盘?hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周宏強(qiáng)

[摘 要]:本文采用虛擬儀器軟件NI Measurement Studio實(shí)現(xiàn)了典型的信號(hào)處理系統(tǒng)。該程序在VC++.NET環(huán)境中調(diào)試通過(guò),通過(guò)引入Measurement Studio用戶界面控件和分析函數(shù)庫(kù),該設(shè)計(jì)可以將混有高斯白噪聲的正弦信號(hào)通過(guò)濾波提取出,并且分別計(jì)算得到其頻譜。該方法開(kāi)發(fā)效率高,試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

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

一、引言

本文實(shí)現(xiàn)了一個(gè)采用虛擬儀器軟件Measurement Studio的信號(hào)處理系統(tǒng)。Measurement Studio是美國(guó)國(guó)家儀器公司(National Instruments)針對(duì)測(cè)控工程、高級(jí)科學(xué)分析、數(shù)據(jù)采集(DAQ)等領(lǐng)域而開(kāi)發(fā)的最優(yōu)化儀器控制助手。Measurement Studio集成到Visual Studio的開(kāi)發(fā)環(huán)境中,提供包括各種類(lèi)別和測(cè)試、測(cè)量與自動(dòng)化應(yīng)用的控件,極大地縮短了應(yīng)用開(kāi)發(fā)時(shí)間。典型的信號(hào)處理系統(tǒng)包括信號(hào)的濾波,頻譜變換等。本文使用Visual C++與Measurement Studio設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的濾波及頻譜變換。

二、構(gòu)建一個(gè)Measurement Studio應(yīng)用程序

以Visual Studio .NET 2003為例,介紹使用Visual C++開(kāi)發(fā)Measurement Studio程序的方法。在安裝Measurement Studio成功后,打開(kāi)菜單,選擇新建項(xiàng)目,在彈出的對(duì)話框中左側(cè)項(xiàng)目一欄中選擇“Measurement Studio Projects/Visual C++ Projects”,模板一欄中選擇“MFC Application”,填上項(xiàng)目名稱(chēng)點(diǎn)擊確定按鈕。然后,會(huì)彈出Measurement Studio MFC Application向?qū)АＨ缓?根據(jù)自己的開(kāi)發(fā)需求進(jìn)行選擇,以確定應(yīng)用程序的特性。

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

三、信號(hào)濾波

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

double NoiseAmp=0.5;//噪聲幅度

double SineAmp=1.0;/正弦信號(hào)幅度

double Cycles=5.0;//正弦信號(hào)周期

double phase=0.0;//正弦信號(hào)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(gè)采樣點(diǎn)

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(hào)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(hào)通過(guò)低通濾波器

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

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

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

四、計(jì)算信號(hào)頻譜

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

CNiReal64Vector realData1,imagData1;//數(shù)據(jù)實(shí)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(yǔ)

通過(guò)使用Measurement Studio提供的用戶界面控件和分析函數(shù)庫(kù),在Visual C++環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了典型的信號(hào)處理系統(tǒng),降低了開(kāi)發(fā)此類(lèi)程序的復(fù)雜性,縮短了程序開(kāi)發(fā)周期。實(shí)踐證明,本方法具有準(zhǔn)確性高、可靠穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn):

[1]陳后金.數(shù)字信號(hào)處理[M].北京:高等教育出版社,2005.

[2]孫沉芳.基于MeasurementStudio的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào),2006,(12):33-35.

[3]岳瑋.基于MeasurementStudio的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2006,(9):1-3.