基于LABview小波分析[致遠(yuǎn)書苑]

1、長 治 學(xué) 院2014屆學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文基于LabVIEW的小波分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué) 號： 10405421 姓 名： 師磊剛 指導(dǎo)教師： 張 毅 專 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù) 系 別： 電子信息與物理系 完成時(shí)間：2014年05月基礎(chǔ)教育b學(xué)生誠信承諾書本人鄭重聲明：所呈交的論文基于LabVIEW小波分析系統(tǒng)是我個(gè)人在導(dǎo)師張毅指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果，也不包含為獲得長治學(xué)院或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。所有合作者對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。簽名： 日期

2、： 論文使用授權(quán)說明本人完全了解長治學(xué)院有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。簽名： 日期： 基礎(chǔ)教育b目 錄1 引言11.1選題背景11.2課題研究的意義11.3課題涉及的工作內(nèi)容22. 小波分析22.1小波分析基礎(chǔ)22.1.1傅里葉變換與小波變換的比較32.1.2 小波分析與多分辯分析42.2 連續(xù)小波變換62.2.1 一維連續(xù)小波變換62.2.2 離散小波變換72.2.3 正交小波變換82.2.4 小波包分析92.3幾種常用的小波113. 系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)133

3、.1 虛擬儀器及其編程語言LabVIEW133.1.1 虛擬儀器的結(jié)構(gòu)和分類133.1.2 LabVIEW簡介133.2 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)133.2.1 數(shù)據(jù)采集程序模塊133.2.2 數(shù)據(jù)分析模塊143.3 系統(tǒng)框架和設(shè)計(jì)流程143.3.1 程序框圖的設(shè)計(jì)流程143.3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)143.3.3 程序框圖的具體設(shè)計(jì)步驟143.3.4 基本信號小波分析系統(tǒng)164 結(jié)論17參考文獻(xiàn)18致謝20附錄21基于LabVIEW的小波分析系統(tǒng)專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù) 姓名：師磊剛 學(xué)號：10405421指導(dǎo)老師：張毅摘 要：小波分析是當(dāng)前應(yīng)用數(shù)學(xué)和工程學(xué)科中一個(gè)迅速發(fā)展的新領(lǐng)域，與傅里葉變換相比，小波

4、變換是空間(時(shí)間)和頻率的局部變換，因而能有效地從信號中提取信息。通過伸縮和平移等運(yùn)算功能可對函數(shù)或信號進(jìn)行多尺度的細(xì)化分析，解決了傅里葉變換不能解決的許多困難問題。LabVIEW是一種圖形化的編程語言和開發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，被公認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。它基于G語言來開發(fā)虛擬儀器，方便快捷，并且提供大量與外部代碼或軟件進(jìn)行連接的機(jī)制，諸如DLL、DDE、ActiveX等，使它能實(shí)現(xiàn)的功能不僅局限于自身，還可以從外部得到強(qiáng)大的補(bǔ)充。本文將要通過LabVIEW調(diào)用MATLAB來彌補(bǔ)自身在小波分析方面的不足，使兩者充分發(fā)揮自己的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合。關(guān)鍵詞：

5、LabVIEW；小波分析；MATLAB 基礎(chǔ)教育b1 引言1.1選題背景小波分析誕生于20世紀(jì)80年代,被認(rèn)為是現(xiàn)代Fourier分析發(fā)展的一個(gè)嶄新階段。小波變換是近年來在傅里葉變換的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的數(shù)學(xué)方法，經(jīng)過近10年的探索研究，重要的數(shù)學(xué)體系已經(jīng)建立，理論基礎(chǔ)更加扎實(shí)。與傅里葉變換相比，小波變換是空間(時(shí)間)和頻率的局部變換，因而能有效地從信號中提取信息。通過伸縮和平移等運(yùn)算功能可信號進(jìn)行多尺度的細(xì)化分析，解決了傅里葉變換不能解決的許多困難問題。小波變換在信號與圖像壓縮、信號分析、工程技術(shù)等方面得到廣泛的應(yīng)用。LabVIEW是由美國公司推出的虛擬儀器平臺，是目前應(yīng)用最廣，功能最強(qiáng)

6、的圖形化軟件集成開發(fā)環(huán)境，廣泛應(yīng)用于工業(yè)界、實(shí)驗(yàn)界、和試驗(yàn)研究所，被公認(rèn)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW是一種圖形編程語言（通常稱為G編程語言），其編程過程就是通過圖形符號描述程序的行為。即使編程經(jīng)驗(yàn)很少的人也能學(xué)會使用LabVIEW,并能夠發(fā)現(xiàn)和了解一些有用的基本編程原則。LabVIEW雖然具有上述許多優(yōu)點(diǎn)，但是在數(shù)學(xué)計(jì)算方面功能還是十分有限，使所開發(fā)的應(yīng)用程序的功能受限。MATLAB具有強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計(jì)算和圖形繪制功能，其界面開發(fā)功能較差，并且在數(shù)據(jù)輸入、網(wǎng)絡(luò)通信、硬件控制等方面比較繁瑣。如果可以將LabVIEW與MATLAB結(jié)合起來，用LabVIEW設(shè)計(jì)用戶 圖形界面，負(fù)責(zé)

7、數(shù)據(jù)采集，用MATLAB提供算法供LabVIEW調(diào)用，可以快速高效開發(fā)出信號采集分析系統(tǒng)。1.2課題研究的意義虛擬儀器編程軟件LabVIEW和數(shù)學(xué)軟件MATLAB是目前工程技術(shù)領(lǐng)域中比較流行的兩種軟件,功能強(qiáng)大,但是各自在某些方面存在著不足和缺點(diǎn),對于一些需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)運(yùn)算處理的復(fù)雜應(yīng)用,LabVIEW顯得有些力不從心。因此如果在LabVIEW中實(shí)現(xiàn)MATLAB的調(diào)用,把LabVIEW軟件平臺與MATLAB相結(jié)合使用,無疑可以很好地補(bǔ)充LabVIEW的開發(fā)功能,大大的拓寬虛擬儀器的開發(fā)范圍。本課題所涉及的基礎(chǔ)理論及應(yīng)用研究主要有小波分析、虛擬儀器、多接口信號調(diào)理等，都屬于前瞻性、創(chuàng)造性、多學(xué)

8、科交叉性的研究，具有一定的理論和實(shí)踐價(jià)值。1.3課題涉及的工作內(nèi)容基于LabVIEW的小波分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是針對LabVIEW所提供的豐富的數(shù)據(jù)采集、分析及存儲的庫函數(shù)和大量與外部代碼或軟件進(jìn)行鏈接的機(jī)制，結(jié)合MATLAB強(qiáng)大的數(shù)值分析和處理特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)分析系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。本課題以LabVIEW軟件為開發(fā)平臺，利用LabVIEW強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集功能和MATLAB的小波分析工具箱，實(shí)現(xiàn)簡單快速的小波分析系統(tǒng)的開發(fā)，包括信號采集和信號調(diào)理，信號重構(gòu)和信號輸出。本課題具體的研究內(nèi)容包括：(1)針對測控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和信號所涉及的小波分析理論基礎(chǔ)。(2)小波分析LabVIEW實(shí)現(xiàn)。(3)基于LabVIEW的

9、小波分析系統(tǒng)的仿真，或工程實(shí)現(xiàn)。2. 小波分析2.1小波分析基礎(chǔ)小波分析屬于時(shí)頻分析的一種，傳統(tǒng)的信號分析是建立在傅立葉變換的基礎(chǔ)上的，由于傅立葉分析使用的是一種全局的變換，要么完全在時(shí)域，要么完全在時(shí)域，要么完全在頻域，因此無法表述信號的時(shí)頻局域性質(zhì)，而這種性質(zhì)恰恰是非平穩(wěn)信號最根本和最重要的性質(zhì)。為了分析和處理非平穩(wěn)信號，人們對傅立葉分析進(jìn)行了推廣乃至根本性的革命，提出并發(fā)展了一系列新的信號分析理論：短時(shí)傅立葉變換、Gabor變換、時(shí)頻分析、小波變換等。其中短時(shí)傅立葉變換就是在傅立葉分析基礎(chǔ)上引入了時(shí)域信息，其假定于信號在一定的時(shí)間內(nèi)是平穩(wěn)的，通過分割時(shí)間窗，在每個(gè)時(shí)間窗內(nèi)把信號展開到頻域

10、就可以獲得局部的頻域信息，但是它的時(shí)域分辨率只能依賴于大小不變的時(shí)間窗，對某些瞬態(tài)信號來說還是粒度太大。而小波分析則克服了短時(shí)傅立葉變換在單分辨率上的缺陷，具有多分辨率分析的特點(diǎn)，在時(shí)域和頻域都有表征信號局部信息的能力，時(shí)間窗和頻率窗都可以根據(jù)信號的具體形態(tài)動態(tài)調(diào)整。正是由于這些特性，小波分析可以探測正常信號中的瞬態(tài)，并展示其頻率成分，被稱為數(shù)學(xué)顯微鏡，廣泛應(yīng)用于各個(gè)時(shí)頻分析領(lǐng)域1。2.1.1傅里葉變換與小波變換的比較小波分析是傅立葉分析思想方法的發(fā)展與延拓。小波基的構(gòu)造以及結(jié)果分析都依賴于傅立葉分析，二者是相輔相成的。兩者相比較主要有以下不同：1.傅立葉變換的實(shí)質(zhì)是把能量有限信號分解到以為正

11、交基的空間上去；小波變換的實(shí)質(zhì)是把能量有限信號分解到（j=1，2，,J）和所構(gòu)成的空間上去。2.傅立葉變換用到基本函數(shù)只有，具有唯一性；小波分析用到的函數(shù)（即小波函數(shù)）則不具有唯一性，同一個(gè)工程問題用不同的小波函數(shù)進(jìn)行分析有時(shí)結(jié)果相差甚遠(yuǎn)。3.在頻域中，傅立葉變換具有較好的局部化能力，對于頻率成分相對比較簡單的確定性信號，傅立葉變換很容易把信號表示成各頻率成分的疊加和的形式。但在時(shí)域中，傅立葉變換沒有局部化能力，無法從信號的傅立葉變換中看出在任一時(shí)附近的性態(tài)。4.若有用信號通過濾波器來提取，小波變換與短時(shí)傅立葉變換不同之處在于：對短時(shí)傅立葉變換來說，帶通濾波器的帶寬與中心頻率f無關(guān)；相反，小波

12、變換帶通濾波器的帶寬則正比于中心頻率f，即 C為常數(shù)亦即濾波器有一個(gè)恒定的相對帶寬，稱之為等Q結(jié)構(gòu)（Q為濾波器的品質(zhì)因數(shù)，且有雖然傅立葉變換能夠?qū)⑿盘柕臅r(shí)域特征和頻域特征聯(lián)系起來，能分別從信號的時(shí)域和頻域觀察，但是卻不能把二者有機(jī)地結(jié)合起來。在實(shí)際的信號處理過程中，尤其是對非平穩(wěn)信號的處理中，信號在任意時(shí)刻附近的頻域特征都很重要。這就促使去人們?nèi)ふ乙环N新的分析方法來解決這個(gè)問題，小波分析就是基于這種情形產(chǎn)生的。2.1.2 小波分析與多分辯分析1988年S.Mallat在構(gòu)造正交小波時(shí)提出了多分辨分析的概念，從函數(shù)分析的角度給出了正交小波的數(shù)學(xué)解釋，在空間的概念上十分形象的說明了小波的多分辨率

13、特性，給出了通用的構(gòu)造正交小波的方法，并將之前所有的正交小波構(gòu)造方法統(tǒng)一起來，類似傅立葉分析中的快速傅立葉算法，給出了小波變換的快速算法Mallat算法。這樣，在計(jì)算上變得可行以后，小波變換在各個(gè)領(lǐng)域才發(fā)揮它獨(dú)特的優(yōu)勢，解決了各類問題。多分辨分析構(gòu)造了一組函數(shù)空間，這組空間是相互嵌套的，即 那么相鄰的兩個(gè)函數(shù)空間的差就定義了一個(gè)由小波函數(shù)構(gòu)成的空間，即并且在數(shù)學(xué)上可以證明且，為了說明這些性質(zhì)，我們首先來介紹一下雙尺度差分方程，由于對，所以對，都有，也就是說可以展開成上的標(biāo)準(zhǔn)化正交基，由于，那么就可以展開成這就是著名的雙尺度差分方程，雙尺度差分方程奠定了正交小波變換的理論基礎(chǔ)，從數(shù)學(xué)上可證明，對

14、于任何尺度的，它在j+1尺度正交基上的展開系數(shù)是一定的，這就為我們提供了一個(gè)很好的構(gòu)造多分辨分析的方法。在頻域中，雙尺度差分方程的表現(xiàn)形式為：如果在=0連續(xù)的話，則有說明的性質(zhì)完全由決定。定理2-1 令是空間的一個(gè)多分辨分析，則存在一個(gè)唯一的函數(shù)使得 (2-1)必定是內(nèi)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正交基，其中稱為尺度函式(2-1)中的系數(shù)是為了使的范數(shù)為1。引入尺度函數(shù)的目的是為了構(gòu)造正交小波基，圖1(a)為一指數(shù)衰減、連續(xù)可微分的尺度函數(shù)，圖(b)是其傅里葉變換。顯然，尺度函數(shù)與低通濾波器的形狀相同。(a)尺度函數(shù)的圖形 (b)尺度函數(shù)的傅立葉變換 圖1 DB9尺度函數(shù)若生成一個(gè)多分辨分析，那么也屬于，并且因

15、為是的一個(gè)Riesz基，所以存在唯一的序列，它描述尺度函數(shù)的兩尺度關(guān)系： (2-2)由性質(zhì)（1）可知，所以 (2-3)反復(fù)應(yīng)用式（2-3)，得 (2-4)同樣，像生成一樣，存在一個(gè)函數(shù)生成閉子空間，且有與式(2-2)類似的雙尺度方程 (2-5)式（2-5）稱為小波函數(shù)的雙尺度方程。由式（2-2）、（2-5）可知，尺度函數(shù)與小波函數(shù)的構(gòu)造歸結(jié)為系數(shù)的設(shè)計(jì)，若令則把尺度函數(shù)和小波函數(shù)的設(shè)計(jì)可以歸結(jié)為濾波器的設(shè)計(jì)。構(gòu)造正交小波時(shí)濾波器與必須滿足以下三個(gè)條件： (2-6)(2-7) (2-8)聯(lián)合求解式(2-7)和(2-8)可得 (2-9) 由式(2-9)立刻可得 (2-10)所以，要設(shè)計(jì)正交小波，只

16、需要設(shè)計(jì)濾波器2。2.2 連續(xù)小波變換2.2.1 一維連續(xù)小波變換定義：設(shè)，其傅立葉變換為，當(dāng)滿足允許條件（完全重構(gòu)條件或恒等分辨條件） (2-11)時(shí)，我們稱為一個(gè)基本小波或母小波。將母函數(shù)經(jīng)伸縮和平移后得 (2-12)稱其為一個(gè)小波序列。其中a為伸縮因子，b為平移因子。對于任意的函數(shù)的連續(xù)小波變換為 (2-13)其重構(gòu)公式（逆變換）為 (2-14)由于基小波生成的小波在小波變換中對被分析的信號起著觀測窗的作用，所以還應(yīng)該滿足一般函數(shù)的約束條件 (2-15)故是一個(gè)連續(xù)函數(shù)。這意味著，為了滿足完全重構(gòu)條件式，在原點(diǎn)必須等于0，即 (2-16)為了使信號重構(gòu)的實(shí)現(xiàn)在數(shù)值上是穩(wěn)定的，處理完全重構(gòu)

17、條件外，還要求小波的傅立葉變化滿足下面的穩(wěn)定性條件： (2-17)式中0AB。2.2.2 離散小波變換在實(shí)際運(yùn)用中，連續(xù)小波必須加以離散化。因此，有必要討論連續(xù)小波和連續(xù)小波變換的離散化。在連續(xù)小波中，考慮函數(shù)： (2-18)這里，且，是容許的，為方便起見，在離散化中，限制a只取正值，這樣相容性條件就變?yōu)?(2-19)通常，把連續(xù)小波變換中尺度參數(shù)a和平移參數(shù)b的離散公式分別取作，這里，擴(kuò)展步長是固定值，為方便起見，總是假定。所以對應(yīng)的離散小波函數(shù)即可寫作 (2-20)而離散化小波變換系數(shù)則可表示為 (2-21)其重構(gòu)公式為 (2-22)C是一個(gè)與信號無關(guān)的常數(shù)。使用的小波函數(shù)和離散小波系數(shù)就

18、越少，信號重構(gòu)的精確度也就會越低。2.2.3 正交小波變換Haar小波母函數(shù)： (2-23)Shannon小波母函數(shù)： (2-24)Shannon小波母函數(shù)是無限次可導(dǎo)的，這比存在不連續(xù)點(diǎn)的Haar小波母函數(shù)要優(yōu)越，可是Haar系函數(shù)的支集是緊的，Shannon系函數(shù)的支集不是緊的，且當(dāng)時(shí)趨于零的速度僅為，故當(dāng)用Shannon系對函數(shù)進(jìn)行分解時(shí)，分解系數(shù)不能很好地反映信號的局部特征。Haar小波的缺點(diǎn)是不連續(xù)，利用卷積的方法可以將它變得光滑起來，通過正交化方法，這就構(gòu)成了由B樣條函數(shù)所生成的正交小波函數(shù)。下面公式(2-25)給出一個(gè)用B樣條構(gòu)造的正交小波母函數(shù)的例子 (2-25)Daubech

19、ies構(gòu)造了目前實(shí)際應(yīng)用中大量使用的具有有限支集的正交小波基，其對應(yīng)的濾波器是有限長的。不過無論是頻域還是時(shí)域，它們都沒有顯式的表達(dá)式，而且，除Haar基外所有其他正交支緊的小波函數(shù)、尺度函數(shù)關(guān)于實(shí)軸上的任何點(diǎn)都不具有對稱或反對稱性，因而所對應(yīng)的濾波器都不具有線性相位。2.2.4 小波包分析小波包分析能夠?yàn)樾盘柼峁┮环N更精細(xì)的分析方法，它將頻帶進(jìn)行多層次劃分，對多分辨率分析沒有細(xì)分的高頻部分進(jìn)一步分解，并能夠根據(jù)被分析信號的特征，自適應(yīng)地選擇相應(yīng)頻帶，使之與信號頻譜相匹配，從而提高了時(shí)-頻分辨率，因此小波包具有更廣泛的應(yīng)用價(jià)值。關(guān)于小波包分析的理解，我們這里以一個(gè)三層的分解進(jìn)行說明，其小波包分

20、解樹如圖2所示：SA1D1AA2DA2AD2DD2DDD3ADD3DAA3AAD3DDA3ADA3DAA3AAA3圖2小波包分解樹圖2中，A表示低頻，D表示高頻，末尾的序號數(shù)表示小波分解的層樹（尺度數(shù)）。分解具有關(guān)系：S=AAA3+DAA3+ADA3+DDA3+AAD3+DAA3+ADD3+DDD31 小波包的定義在多分辨分析中，,表明多分辨分析是按照不同的尺度因子j把Hilbert空間分解為所有子空間的正交和的。其中， 為小波函數(shù)的閉包（小波子空間）?，F(xiàn)在，我們希望對小波子空間按照二進(jìn)制分式進(jìn)行頻率的細(xì)分，以達(dá)到提高頻率分辨率的目的。 一種自然的做法是將尺度空間和小波子空間用一個(gè)新的子空間統(tǒng)

21、一起來表征，若令 （2-26）則Hilbert空間的正交分解即可用的分解統(tǒng)一為 （2-27）定義子空間是函數(shù)的閉包空間，而是函數(shù)的閉包空間，并令滿足下面的雙尺度方程： (2-28)式中，即兩系數(shù)也具有正交關(guān)系。當(dāng)n=0時(shí)，以上兩式直接給出 （2-29）與在多分辨分析中，滿足雙尺度方程： （2-30）相比較，和分別退化為尺度函數(shù)和小波基。式（2-30）是式（2-29）的等價(jià)表示。把這種等價(jià)表示推廣到（非負(fù)整數(shù)）的情況，即得到（2-28）的等價(jià)表示為； (2-31)定義（小波包） 由式（2-31）構(gòu)造的序列（其中）稱為由基函數(shù)=確定的正交小波包。當(dāng)n=0時(shí)，即為（2-29）式的情況。由于由唯一確定

22、，所以又稱為關(guān)于序列的正交小波包。下面給出小波包的分解算法和重構(gòu)算法。設(shè)，則可表示為 (2-32)小波包分解算法 由求與 (2-33)小波包重構(gòu)算法 由與求2.3幾種常用的小波(1) Haar小波A.Haar于1990年提出一種正交函數(shù)系,定義如下： (2-34)這是一種最簡單的正交小波，即(2) Daubechies（dbN）小波系該小波是Daubechies從兩尺度方程系數(shù)出發(fā)設(shè)計(jì)出來的離散正交小波。一般簡寫為dbN，N是小波的階數(shù)。小波和尺度函數(shù)域中的支撐區(qū)為2N-1。的消失矩為N。除N1外(Haar小波)，dbN不具對稱性即非線性相位。假設(shè)，其中，為二項(xiàng)式的系數(shù)，則有 (2-35)其中

23、 (3) (Biorthogonal（biorNr.Nd）小波系Biorthogona函數(shù)系的主要特征體現(xiàn)在具有線性相位性，它主要應(yīng)用在信號與圖像的重構(gòu)中。通常的用法是采用一個(gè)函數(shù)進(jìn)行分解，用另外一個(gè)小波函數(shù)進(jìn)行重構(gòu)。Biorthogonal函數(shù)系通常表示為biorNr.Nd的形式：Nr=1 Nd=1，3，5Nr=2 Nd=2，4，6，8Nr=3 Nd=1，3，5，7，9Nr=4 Nd=4Nr=5 Nd=5Nr=6 Nd=8其中，r表示重構(gòu)，d表示分解。(4) Coif let（coifN）小波系coif let函數(shù)也是由Daubechies構(gòu)造的一個(gè)小波函數(shù)，它具有coifN（N=1，2，3

24、，4，5）這一系列，coif let具有比dbN更好的對稱性。(5) SymletsA（symN）小波系Symlets函數(shù)系是由Daubechies提出的近似對稱的小波函數(shù)，它是對db函數(shù)的一種改進(jìn)。Symlets函數(shù)系通常表示為symN（N=2，3，8）的形式。(6) Meyer函數(shù)Meyer小波函數(shù)和尺度函數(shù)都是在頻率域中進(jìn)行定義的，是具有緊支撐的正交小波。 （2-36）3. 系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)3.1 虛擬儀器及其編程語言LabVIEW3.1.1 虛擬儀器的結(jié)構(gòu)和分類虛擬儀器(Virtual Instrument簡稱)由硬件和軟件兩部分組成。其硬件主體是計(jì)算機(jī)，為計(jì)算機(jī)配置的電子測量儀器

25、硬件模塊是各種傳感器、信號調(diào)理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD、數(shù)模轉(zhuǎn)換器DA，數(shù)據(jù)采集器DAQ；其軟件由兩部分組成即應(yīng)用程序和IO接口儀器驅(qū)動程序；應(yīng)用程序主要包括實(shí)現(xiàn)虛擬面板功能的軟件程序和定義測試功能的流程圖軟件程序，IO接口儀器驅(qū)動程序完成特定外部硬件設(shè)備的擴(kuò)展，驅(qū)動和通信。虛擬儀器利用計(jì)算機(jī)顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式表達(dá)輸出檢測結(jié)果；利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運(yùn)算，分析和處理；利用IO接口設(shè)備完成信號的采集，測量與條理，從而完成各種測試功能3。3.1.2 LabVIEW簡介LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engine

26、ering Workbench）是由美國NI公司推出的虛擬儀器開發(fā)平臺，是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件集成開發(fā)環(huán)境，廣泛的應(yīng)用于工業(yè)界、實(shí)驗(yàn)界、和試驗(yàn)研究所，被公認(rèn)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件4。 3.2 系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件主要包括數(shù)據(jù)采集存儲和分析兩大模塊。軟件用戶界面時(shí)是一個(gè)應(yīng)用程序最重要的部分，對用戶而言，應(yīng)用程序的可用性十分依賴界面的好壞。3.2.1 數(shù)據(jù)采集程序模塊數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)備的基本功能包括模擬量輸入（A/D）、模擬量輸出（D/A）、數(shù)字I/O和定時(shí)/計(jì)數(shù)。在LabVIEW中用戶是通過LabVIEW DAQ VI來完成DAQ的編程。數(shù)據(jù)采集和存

27、儲是本系統(tǒng)中的基礎(chǔ)部分，在計(jì)算機(jī)和動態(tài)電阻儀之間由連接器和PCI-6013多功能數(shù)據(jù)采集卡，采用的程序通過控制采集卡把采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過計(jì)算機(jī)顯示器顯示我們需要的波形。3.2.2 數(shù)據(jù)分析模塊MATLAB具有強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計(jì)算和圖形繪制功能，而MATLAB的界面開發(fā)功能較差，并且在數(shù)據(jù)輸入、網(wǎng)絡(luò)通信、硬件控制等方面比較繁瑣。本次設(shè)計(jì)用LabVIEW設(shè)計(jì)用戶 圖形界面，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，用MATLAB提供算法供LabVIEW調(diào)用，將會使系統(tǒng)變得簡單明了。3.3 系統(tǒng)框架和設(shè)計(jì)流程3.3.1 程序框圖的設(shè)計(jì)流程用LabVIEW設(shè)計(jì)小波分析系統(tǒng)主要步驟是在設(shè)計(jì)程序框圖上，流程框圖如圖3所示

28、。顯示信號分析信號寫入采樣停止創(chuàng)建通道連續(xù)采樣采樣頻率 圖3設(shè)計(jì)流程框圖3.3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)分為兩部分來設(shè)計(jì)，一個(gè)是基本波形的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如正弦波，方波，三角波和鋸齒波，另一個(gè)是通過調(diào)用LabVIEW的腳本節(jié)點(diǎn)調(diào)用MATLAB來實(shí)現(xiàn)對基本波形信號小波分析。3.3.3 程序框圖的具體設(shè)計(jì)步驟利用LabVIEW設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，其中的主要部分是程序框圖的設(shè)計(jì)，以下就是程序框圖設(shè)計(jì)的基本過程。(1) 創(chuàng)建基本波形函數(shù)發(fā)生器，可以根據(jù)前面板中的按鈕來控制信號發(fā)生器產(chǎn)基本信號發(fā)生器需要先在前面板輸入?yún)?shù)然后才能運(yùn)行，波形信號發(fā)生器框圖如圖4所示，前面板如圖5所示。圖4基本波形信號發(fā)生器程序框圖圖5波形

29、發(fā)生器前面板（2）通過LabVIEW調(diào)用MATLAB。LabVIEW的腳本節(jié)點(diǎn)允許用戶執(zhí)行外部腳本。具體地講,使用腳本節(jié)點(diǎn)可以執(zhí)行MATLAB腳本。執(zhí)行MATLAB腳本文件,其具體實(shí)現(xiàn)過程如下：1.訪問MATLAB腳本節(jié)點(diǎn)從LabVIEW中訪問MATLAB的流程。查看函數(shù)選板數(shù)學(xué)腳本與公式腳本節(jié)點(diǎn)MATLAB腳本，如圖6所示.圖6 MATLAB腳本節(jié)點(diǎn)調(diào)用2.向MATLAB腳本節(jié)點(diǎn)輸入腳本有兩種方法可以向腳本節(jié)點(diǎn)中輸入MATLAB腳本。(1) 在MATLABScriptNode中單擊即可以編輯M腳本；(2)可以直接導(dǎo)入寫好了的腳本,方法是使用鼠標(biāo)右健單擊MATLAB腳本節(jié)點(diǎn),從快捷菜單中選擇輸

30、入,從打開的Choose script(選擇腳本)對話框中選擇要導(dǎo)入的文件并單擊Open(確定),MATLAB腳本文本將出現(xiàn)在腳本節(jié)點(diǎn)中。為了便于調(diào)試,建議在導(dǎo)入腳本到LabVIEW之前,先在MATLAB環(huán)境內(nèi)編寫并運(yùn)行。3輸入和輸出變量需要為MATLAB腳本節(jié)點(diǎn)的變量添加輸入輸出變量。添加輸出變量的方法是右擊MATLAB腳本節(jié)點(diǎn)幀并從快捷菜單中選擇Add Output（添加輸出）。同樣,添加輸入變量的方法是右擊MATLAB腳本節(jié)點(diǎn)幀并從快捷菜單中選擇Add Input（添加輸入）.當(dāng)輸入輸出變量出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)上后,可以給它們添加名字。3.3.4 基本信號小波分析系統(tǒng)系統(tǒng)首先是通過基本信號發(fā)生器來

31、產(chǎn)生被分析信號，然后通過LabVIEW中的MATLAB腳本節(jié)點(diǎn)，用已經(jīng)調(diào)試好的小波分析程序來分析信號，最后通過LabVIEW的顯示模塊來把分析后的信號顯示出來。 4 結(jié)論虛擬儀器技術(shù)將計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用前景十分廣泛。采用圖形化編程語言LabVIEW開發(fā)虛擬儀器，快速，高效，界面友好。小波變換作為信號處理的一種手段，逐漸被越來越多的工程技術(shù)人員所重視。本文詳細(xì)介紹了小波變換的方法，構(gòu)成了一個(gè)完整的小波分析系統(tǒng)。采用虛擬信號發(fā)生器產(chǎn)生虛擬信號來解決信號提取的問題，本文從基礎(chǔ)理論和技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面對小波分析技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，對深入研究小波分析相關(guān)問題具有一定的理論和實(shí)際意義。本課題

32、的創(chuàng)新點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：1.課題主要是針對LabVIEW提供的測試儀器平臺以及信息處理函數(shù)可快捷、高效構(gòu)建測控系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合MATLAB強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和處理特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)小波分析系統(tǒng)。2本次設(shè)計(jì)所涉及的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用研究主要有小波分析、虛擬儀器、多接口信號調(diào)理等，都屬于前瞻性、創(chuàng)造性、多學(xué)科交叉性的研究，具有一定的理論和實(shí)踐價(jià)值。3.由于本次設(shè)計(jì)用到的理論基礎(chǔ)包含小波分析和虛擬儀器兩個(gè)前沿方向，其中小波分析是目前國際公認(rèn)的信號信息獲取與處理的高新技術(shù)。所以其研究具有一定的難度，由于時(shí)間關(guān)系，本次設(shè)計(jì)還有許多工作需要進(jìn)一步完善，具體有以下幾個(gè)方面：（1）有關(guān)小波分析理論的研究還有待完善深化。小波分

33、析具有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)背景，要努力突破其數(shù)學(xué)障礙，從數(shù)學(xué)方法的工程意義上去研究小波分析。（2）文中只是運(yùn)用了MATLAB中的小波分析工具箱中的小波分析工具函數(shù)，但卻沒有很好地利用MATLAB的數(shù)值分析功能，希望以后可以在這方面做進(jìn)一步的研究（3）論文中的所有信號均采用虛擬信號，沒有實(shí)現(xiàn)LabVIEW的數(shù)據(jù)采集。后續(xù)工作應(yīng)該對LabVIEW的數(shù)據(jù)采集作進(jìn)一步的研究。參考文獻(xiàn)1 孫延奎.小波分析及應(yīng)用M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.3. 2 程正興.小波分析算法與應(yīng)用M.西安:西安交通大學(xué)出版社,1998. 3 張重雄，張思維.虛擬儀器技術(shù)分析與設(shè)計(jì).電子工業(yè)出版社,2012.4 連海洲，趙英俊.基

34、于LabVIEW技術(shù)的虛擬儀器系統(tǒng)J，儀器與測控,2001. 5 Kozaitis,Basuhail.AdaptiveWaveletThresholdSelectionUsingHigherOrderStatisticsForSignalDenoising.JSPIE,1998.The wavelet analysis system based on LabVIEWDiscipline：Electronic and Physical Information Name： Shi Lei GangMatriculation Number：10405421 Supervisor： Zhang YiA

35、bstract: Wavelet transform is the localization analysis of time (space) frequency, it through the telescopic translation operations (functions) of signal gradually multi-scale refinement, when reach high frequency time segment, low frequency in the frequency segment, can automatically adapt to the r

36、equirement of time-frequency signal analysis, which focuses on the arbitrary signal details, solved the difficult problem of Fourier transform, become the Fourier transformation since the breakthrough on the scientific method. Wavelet transform is divided into discrete wavelet transform and continuo

37、us wavelets transform. 5The main difference is: continuous transformation operations on all possible scaling and translation, and discrete transform USE all specific subset of values of scaling and translation. Wavelet analysis is the current rapid development of applied mathematics and engineering

38、disciplines in a new field and the Fourier transform.Key words: wavelet analysis; LabVIEW; MATLAB致謝本文是在張毅老師悉心指導(dǎo)下完成的。在本課題的整個(gè)研究過程中，無論是開題報(bào)告的撰寫還是論文的幾次易稿過程中，老師都以其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富的專業(yè)學(xué)識給予了許多理論方面的指導(dǎo)，在論文的研究方法上，張老師提出了獨(dú)到的見解使得論文結(jié)構(gòu)清晰、主題明確、內(nèi)容全面；在論文的格式上，張老師以細(xì)致的態(tài)度要求指導(dǎo)才有了論文規(guī)范的格式。此次論文撰寫讓我對學(xué)術(shù)論文的寫作有了更深刻的認(rèn)識，學(xué)習(xí)領(lǐng)悟了學(xué)術(shù)研究中所需要注意的問題，意識到了學(xué)術(shù)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性，規(guī)范性。另外，我衷心感謝在大學(xué)四年各位老師給予的親切關(guān)懷與悉心教導(dǎo)。使我不僅在科學(xué)知識上、實(shí)驗(yàn)研究中得到了極大的長進(jìn)與提高，更重要的是讓我學(xué)會了很