基于LabVIEW和Maltab的虛擬實驗平臺構(gòu)建

摘要： 線性調(diào)頻信號作為一種常用的雷達(dá)信號，可以提高發(fā)射的平均功率，保證足夠大的作用距離，其應(yīng)用十分的廣泛。為了進(jìn)一步增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、改善學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境，在此利用LabVIEW 和Matlab的混合編程技術(shù)設(shè)計了用于分析線性調(diào)頻信號的虛擬實驗平臺，主要包括線性調(diào)頻信號分析平臺和脈沖壓縮仿真平臺。操作方便，有利于學(xué)生更直觀地了解信號的時、頻域特征、更深刻地理解脈沖壓縮的過程和意義。最后提出了該實驗平臺在教學(xué)中的應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞： 虛擬儀器； 線性調(diào)頻信號； 實驗平臺； 軟件開發(fā)

中圖分類號： TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）06?0154?03

0 引 言

隨著集成電路、嵌入式技術(shù)的迅速發(fā)展，市場上的電子儀器不斷的更新，使得傳統(tǒng)儀器的缺陷日益凸顯，這對學(xué)校實驗室的建設(shè)提出了更高的要求。但市場上的新儀器價格較高，受到經(jīng)費的限制，學(xué)校更新電子測量設(shè)備的能力有限，不利于提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，電子測量設(shè)備正朝著虛擬化發(fā)展[1?3]。構(gòu)建虛擬仿真教學(xué)平臺，則可以提高實驗效率、降低實驗成本，還可增強學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并利用多媒體校園網(wǎng)等計算機技術(shù)[4?5]，實現(xiàn)教學(xué)手段的現(xiàn)代化。目前的流行的Matlab軟件[6?7]具有強大的運算分析能力，LabVIEW軟件具有優(yōu)越的界面設(shè)計能力[8?9]，這些軟件的發(fā)展為虛擬實驗平臺的構(gòu)建奠定了基礎(chǔ)。

本文以信號處理實驗為例，構(gòu)建了用于分析線性調(diào)頻信號的虛擬實驗平臺。本文在分析線性調(diào)頻信號、脈沖壓縮等基本原理的基礎(chǔ)上，利用LabVIEW 和Matlab的混合編程技術(shù)構(gòu)建了虛擬實驗平臺。該平臺主要包括線性調(diào)頻信號分析平臺和脈沖壓縮平臺2部分。

1 線性調(diào)頻信號分析平臺

2 脈沖壓縮仿真平臺

在普通脈沖雷達(dá)中，雷達(dá)的時寬?帶寬積為一常量，因此不能兼顧距離分辨力和速度分辨力兩項指標(biāo)。

采用寬脈沖發(fā)射以提高發(fā)射的平均功率保證足夠大的作用距離，而在接收時則采用相應(yīng)的脈沖壓縮法獲得窄脈沖，以提高距離分辨力，因而能較好地解決作用距離和分辨力之間的矛盾。線性調(diào)頻脈沖信號的脈沖壓縮可提供良好的距離分辨力和徑向速度分辨力。

根據(jù)雷達(dá)脈沖壓縮原理編寫了Matlab程序， 并利用混合編程設(shè)計了線性調(diào)頻（ LFM） 脈沖壓縮雷達(dá)仿真平臺，平臺涉及的雷達(dá)及目標(biāo)相關(guān)參數(shù)如表1所示，可以自由的改變參數(shù)的大小。

圖3為本文實現(xiàn)的仿真平臺的操作界面。脈沖壓縮平臺的主體框架由參數(shù)輸入控制、 結(jié)果顯示控制2個部分構(gòu)成。

其中參數(shù)輸入控制和結(jié)果顯示控制均為人機交互部分。參數(shù)輸入控制部分包括線性調(diào)頻信號的持續(xù)脈寬、線性調(diào)頻信號的調(diào)頻帶寬、每個目標(biāo)相對雷達(dá)的距離等，如圖3（a）所示。

3 虛擬實驗平臺的應(yīng)用

本文開發(fā)的虛擬實驗平臺，可以通過計算機網(wǎng)絡(luò)的共享、多媒體課件的設(shè)計應(yīng)用到教學(xué)中，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率。

（1）計算機網(wǎng)絡(luò)的共享

教學(xué)實踐中，可以通過建立教學(xué)網(wǎng)站、或者FTP實現(xiàn)虛擬儀器軟件的共享。學(xué)生可以隨時下載軟件，隨時隨地進(jìn)行運行、測試，以進(jìn)一步鞏固所學(xué)的理論知識，不受實驗室工作時間的影響，可以進(jìn)一步提高學(xué)習(xí)效率。

（2）多媒體課件的設(shè)計

將開發(fā)出的常用儀器軟件嵌入PowerPoint課件中，在課堂上講解理論知識時，利用虛擬儀器可以進(jìn)行課堂演示，實現(xiàn)理論和實踐的結(jié)合。

4 結(jié) 語

為進(jìn)一步提高學(xué)生的積極性，本文利用LabVIEW和Matlab軟件構(gòu)建了虛擬實驗平臺，有利于提高實驗效率和實驗效果、改善理論教學(xué)效果、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，解決了學(xué)生在學(xué)習(xí)抽象理論知識時無從下手的困惑。此外，虛擬實驗平臺功能的進(jìn)一步擴展也是課題的下一步的研究方向。

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