沈陽理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)

1、成績評定表學(xué)生姓名班級學(xué)號專業(yè)通信工程課程設(shè)計(jì)題目基于 LabVIEW的相關(guān)分析評語組長簽字：成績?nèi)掌?0 年 月曰課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院信息科學(xué)與工程專業(yè)通信工程學(xué)生姓名班級學(xué)號課程設(shè)計(jì)題目基于LabVIEW的相關(guān)分析實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù)：學(xué)習(xí)LabVIEW的虛擬儀器原理、設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)技巧；掌握簡單LabVIEW程序的編程實(shí)現(xiàn)；掌握簡單通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析方法；采用LabVIEW語言，實(shí)現(xiàn)相關(guān)分析。通過檢索、查資料、調(diào)查研究、確定方案、畫出組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖；采用LabVIEW實(shí)現(xiàn)相關(guān)分析；系統(tǒng)調(diào)試與改進(jìn)，調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，分析系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果；寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。工作計(jì)劃與進(jìn)度安排：17周 學(xué)習(xí)LabVI

2、EW虛擬儀器原理、設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)技巧，掌握簡單LabVIEW 程序的編程實(shí)現(xiàn)，掌握簡單通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析方法。19周采用LabVIEW語言，實(shí)現(xiàn)相關(guān)分析，并對系統(tǒng)進(jìn)行性能分析。指導(dǎo)教師：201年 月 日專業(yè)負(fù)責(zé)人：201 年 月曰學(xué)院教學(xué)副院長：201 年 月曰目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1日的及基本要求1 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 2相關(guān)分析原理1 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 3相關(guān)分析設(shè)計(jì)

3、和仿真33.1具體設(shè)計(jì)步驟33.2設(shè)計(jì)中遇到的相關(guān)問題 7 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 4結(jié)果及性能分析7 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 參考文獻(xiàn)111目的及基本要求熟悉LabVIEW開發(fā)環(huán)境，掌握基于LabVIEW的虛擬儀器原理、設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)技巧， 運(yùn)用專業(yè)課程中的基本理論和實(shí)踐知識，采用LabVIEW開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)相關(guān)分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 和仿真。要求通過本課程設(shè)計(jì)使學(xué)生熟悉LabVIEW開發(fā)環(huán)境，掌握基于LabVIEW的虛擬 儀器設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)技巧，使學(xué)生掌握通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿

4、真工具，為畢業(yè)設(shè)計(jì) 做準(zhǔn)備，為將來的學(xué)習(xí)及今后從事科學(xué)研究、工程技術(shù)工作打下較堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本課程設(shè)計(jì)要求掌握互相關(guān)與自相關(guān)的分析原理及其函數(shù)的測試方法，其中利用兩個 正弦信號的互相關(guān)函數(shù)測試互相關(guān)，利用四種典型信號的自相關(guān)函數(shù)測試自相關(guān)，學(xué)習(xí)并 研究信號分析與處理課題有關(guān)理論，利用LabVIEW編程，完成相應(yīng)的信號分析與處理課 題，學(xué)習(xí)分析有關(guān)問題方法。2相關(guān)分析原理相關(guān)是指兩個變量之間的線性關(guān)系。相關(guān)分析是分析兩個信號之間關(guān)系或一個信號在 一定時移前后之間關(guān)系的重要工具。在實(shí)際工程領(lǐng)域，相關(guān)測速、相關(guān)濾波和利用相關(guān)原 理探測管道泄漏點(diǎn)、識別信號類別成分等得到了廣泛的應(yīng)用。相關(guān)函數(shù)可以用相關(guān)分

5、析儀測量。相關(guān)分析儀有模擬式和數(shù)字式兩種。使用LabVIEW 提供的函數(shù)可以構(gòu)建一臺數(shù)字式的相關(guān)分析儀。兩模擬信號x(t)和y(t)進(jìn)行數(shù)字化處理以后，它們的相關(guān)函數(shù)表達(dá)形式應(yīng)為：我*)= pm+ r)(廠二 o,125)式中：n一沿時間軸的總采樣數(shù)。i沿時間軸的采樣序數(shù)。r間斷時移值。作為有限長采樣的相關(guān)函數(shù)估計(jì)為用此公式進(jìn)行離散相關(guān)的步驟如下：1、取r=0,將所有對應(yīng)采樣點(diǎn)的x(i)和y(i)相乘。2、將所有乘積相加。3、以總采樣點(diǎn)數(shù)做平均，得到相關(guān)函數(shù)的一個值Ry(0)。4、取r=1，將所有對應(yīng)采樣點(diǎn)的x(i)和y(i)相乘，然后相加、平均，得到R巧(1)。依次 取r=2, r=3,按以

6、上步驟重復(fù)計(jì)算得到相關(guān)函數(shù)的各個值。在x(i)和y(i)=離散序列長度相等時，計(jì)算&巧(0)可以用全部計(jì)算長度數(shù)據(jù)來計(jì)算，而 下一步計(jì)算時因y(i)做一步時移，使可提供計(jì)算的序列長度由N變?yōu)镹-1。且隨時移增大， 可提供計(jì)算的序列長度越來越短，所以互相關(guān)函數(shù)的估值應(yīng)為與此類似，自相關(guān)函數(shù)的估值為 TOC o 1-5 h z A1 NR 歐(廠)=-T + r)LabVIEW在“信號處理”“信號運(yùn)算”函數(shù)子選板中提供了求互相關(guān)的VI 互相關(guān)，它所用的算法為=+ 廣)1=1求自相關(guān)的VI所用的算法為上式的算法僅適用于確定性信號的瞬態(tài)信號，所以在一般情況下就需要加以修正。這 里提供的程序 Modi

7、Correlation用于完成這一修正，它的程序框圖如圖1所示。此VI 對LabVIEW求出的相關(guān)函數(shù)進(jìn)行修正，將每個相關(guān)值除以(N-r)。N是LabVIEW求出的相 關(guān)函數(shù)輸出數(shù)組的長度，r是時移的位置。參數(shù)“Rx in”是LabVIEW求出的相關(guān)函數(shù)值， “ Rxx out”是修正后的相關(guān)函數(shù)值，Samples是采樣值，d是輸出相關(guān)函數(shù)首尾截去的百 分比(把時移造成的重疊太少而沒有意義的部分截掉)。N是截短后的采樣數(shù)。圖1 Modi Correlation VI的程序框圖3相關(guān)分析設(shè)計(jì)和仿真首先熟悉虛擬儀器的設(shè)計(jì)思想，而后便可著手進(jìn)行相關(guān)分析測試的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。3.1具體設(shè)計(jì)步驟1.互相關(guān)函

8、數(shù)的實(shí)現(xiàn)按圖2所示的界面構(gòu)建互相關(guān)函數(shù)程序的前面板。前面板中時域信號圖形顯示控件的 時間軸設(shè)置為01024，幅值軸設(shè)置為自動調(diào)整Y標(biāo)尺；互相關(guān)函數(shù)圖形顯示控件的時移 軸設(shè)置為-100100，幅值軸設(shè)置為自動調(diào)整Y標(biāo)尺。圖2互相關(guān)函數(shù)程序前面板按圖3所示的界面編寫互相關(guān)函數(shù)的程序框圖。圖中和是“信號處理” “信號 生成”函數(shù)子選板中的“正弦波”VI，這兩個VI用來產(chǎn)生正弦信號。正弦波VI的“頻率” 參數(shù)是數(shù)字頻率，等于模擬頻率除以采樣率，程序中設(shè)采樣率等于2048； “采樣”參數(shù)是 樣本數(shù)，程序中設(shè)為1024； “相位輸入”參數(shù)是用度表示的相位；幅值(amplitude)設(shè)為 1。是互相關(guān)函數(shù)。

9、是Modi Correlation VI。圖3互相關(guān)函數(shù)程序框圖2.自相關(guān)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)按圖4所示的界面構(gòu)建自相關(guān)函數(shù)程序的前面板。前面板中時域信號圖形顯示控件的 時間軸設(shè)置為01024,幅值軸設(shè)置為自動調(diào)整Y標(biāo)尺；自相關(guān)函數(shù)圖形顯示控件的時移 軸設(shè)置為-100100，幅值軸設(shè)置為自動調(diào)整Y標(biāo)尺。圖4自相關(guān)函數(shù)程序前面板按圖5編寫自相關(guān)程序框圖。程序框中正弦波(Sine Wave) VI設(shè)采樣率等于4096； 采樣數(shù)設(shè)為1024。均勻白噪聲(Uniform White Noise)VI采樣數(shù)設(shè)為1024。巴特沃斯濾 波器(Butterworth Filter)VI 設(shè)置為帶通(Bandpass )

10、類型，階次(Order)為 3。AutoCorrelation VI求出原始信號的自相關(guān)函數(shù)，Modi Correlation VI進(jìn)行修正。圖5 自相關(guān)函數(shù)程序框圖3.2設(shè)計(jì)中遇到的相關(guān)問題經(jīng)過了近一個星期的學(xué)習(xí)和操作，我終于完成了本次課程設(shè)計(jì)。從開始接到課題要求 到最后相關(guān)分析的實(shí)現(xiàn)，再到報(bào)告的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)。在這 段時間里，我學(xué)到了很多知識也有很多感受，我開始了獨(dú)立的學(xué)習(xí)和試驗(yàn)，查看相關(guān)的資 料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非常稚嫩的作品一步步完善起來， 每一次改進(jìn)都是我學(xué)習(xí)的收獲，每一個題目的完成都會讓我興奮好一段時間。通過這段時 間的學(xué)習(xí)使我

11、對虛擬儀器的概念有了更進(jìn)一步的了解，讓我了解到了 LabVIEW的魅力及 強(qiáng)大的功能。通過初步的了解此軟件及嘗試著用此軟件編了些小程序，我學(xué)會了此軟件的 初步功能，為我以后的學(xué)習(xí)及實(shí)踐做了個鋪墊。在總體完成課程設(shè)計(jì)后，基本功能要求都 得到了實(shí)現(xiàn)，但是一直顯得不太美觀，測試功能不太完善，本來想把本次課程設(shè)計(jì)的界面 顯示做得更加美觀功能更加強(qiáng)大，但由于時間及能力有限，沒有做得更好，這一點(diǎn)很遺憾， 但愿有機(jī)會可以彌補(bǔ)。我感受到做課程設(shè)計(jì)是要用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí) 的過程和研究的過程，沒有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突 破。通過本次課程設(shè)計(jì)，我在老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)

12、格要求下，獲得了豐富的操作實(shí)踐知識， 極大地提高了實(shí)踐能力。4結(jié)果及性能分析對于互相關(guān)函數(shù)，運(yùn)行程序，兩個通道選擇不同的信號頻率，在實(shí)驗(yàn)程序前面板上觀 察相關(guān)函數(shù)波形，驗(yàn)證不同頻不相關(guān)。將兩個正弦波信號頻率設(shè)為100Hz，觀察相關(guān)函數(shù)波形，驗(yàn)證同頻相關(guān)，相關(guān)函數(shù)R (t) = X。匕/2cos匚。改變2通道信號的相位6,在游標(biāo)顯示器上讀相關(guān)函數(shù)值，填入 表6中。如圖7所示，可以看到當(dāng)相位變到90，即變?yōu)橛嘞液瘮?shù)時，相關(guān)函數(shù)值為0。說 明正弦信號與余弦信號不相關(guān)。表6互相關(guān)函數(shù)數(shù)據(jù)表60153045607590105120135150165180270360R0.50.480.440.360.2

13、50.130-0.13-0.25-0.36-0.43-0.48-0.500.51001024.0互相關(guān)函數(shù)圖形I0.0-100 150 20020.060.0相位匝相位叵100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.0900.0-0.6-100.0-80.0-60.0-40.0-20.080.0100.0日 Curwr 0 0.00.8t 0.6t / 0.4 t / 0.2 t/ 0.0 t-0.2 t-0.4 t-0.6t-0.8t -1.0 .0.0頻率ESS050一 通道頻率HHHH050 100 150 200:r)T100圖7互相關(guān)函數(shù)程序運(yùn)行結(jié)果（

14、當(dāng)二90 ）對于自相關(guān)函數(shù)，運(yùn)行程序，分別對以下4種典型信號的自相關(guān)函數(shù)實(shí)驗(yàn)。設(shè)置噪聲幅值為0,信號幅值為15，信號頻率為30100Hz，觀察正弦信號的自相關(guān) 函數(shù)圖形。調(diào)整信號頻率和幅值，觀察自相關(guān)函數(shù)圖像的變化。自相關(guān)函數(shù)圖形I15.0-10.0-0.0-10.0-15.0| I I I I I II I I | II I I I I I I I I I I I I I II I I I I I I I I I I I I I II I I I II I I I II I I I II I I I II I I I II I I I II I I | II I I I II I I I I

15、I I I I II I I I II I I I I-100.0 -90.0 -80.0 -70.0 -60.0 - 50.0 -40.0 -30.0 -20.0 -10.00.010.020.030.040.050.060.070.080.09Q.0 100.C昌端截止頻率I 9即-6.0-0.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.0900.01024.(信號頻率I 粒低端截止頻率!噪聲幅倩I郭信號幅值I圖8自相關(guān)函數(shù)程序運(yùn)行結(jié)果一設(shè)置信號頻率為300Hz左右，信號幅值為5,噪聲幅值為10,帶通濾波器的低端截止頻率設(shè)置為1Hz，高端截止頻率設(shè)置為500Hz，觀察正弦波加隨機(jī)信號的自相關(guān)函數(shù)圖形。設(shè)置信號幅值為0,噪聲幅值為10,帶通濾波器的低端截止頻率設(shè)置為240Hz，高端 截止頻率設(shè)置為300Hz，觀察窄帶隨機(jī)信號的自相關(guān)函數(shù)圖形。圖10自相關(guān)函數(shù)程序運(yùn)行結(jié)果三設(shè)置信號幅值為0，噪聲幅值為10，帶通濾波器的低端截止頻率設(shè)置為200Hz，高