基于LabVIEW 8．5的信号幅值特征值求取系统设计

0 引 言
    LabVIEW是基于图形编译(Graphics，G)语言的虚拟仪器软件开发平台，具有数据采集、数据分析、信号生成、信号处理、输入／输出控制等功能。与传统编程采取的文本语言相比，LabVIEW使用G语言编程，界面更加友好直观，是一种直觉式图形程序语言。它有两个基本窗口，前面板窗口和流程图窗口，前面板窗口用于设置控制对象和显示对象，相当于常规仪器的显示屏幕或指针；流程图窗口用于编写和显示程序的图形源代码，相当于语言编程中的语句，它由各种能够完成一定功能的模块通过连接线连接而成。
    信号特征值以一个数值表示信号的某些时域特征，是对测试信号最简单直观的时域描述。在测试系统中往往用一些模拟仪器表来指示信号的特征值。将测试信号采集到计算机后，可以在测试虚拟仪器中进行信号特征值处理，并在其前面板上直观地表示出信号的特征值，可以给虚拟仪器的使用者提供一个了解测试信号变化的快速途径。现就基于LabVIEW对周期信号及随机信号幅值特征值求取系统进行设计。

1 信号幅值特征值分析
1．1 周期信号的幅值特征值
    周期信号的幅值特征值常以峰值、峰-峰值、均值、均方值和有效值表示。
    (1)峰值xp和峰-峰值xp-p
    峰值xp指在一个周期内信号x(t)可能出现的最大绝对瞬时值，即：xp=|x(t)|max。
    峰-峰值xp-p是指在一个周期内信号最大瞬时值xmax与最小瞬时值xmin之差的绝对值，即xp-p=|xmax-xmin|。
    信号的峰值和峰一峰值给出了信号变化的极限范围，是选择测试装置的量程和动态范围的依据。
    (2)均值μx
    周期信号的均值表示信号变化的中心趋势，是信号的常值分量。
    (3)均方值pav和有效值xrms
    周期信号属于功率信号，其能量无限，平均功率它反映了信号功率的大小。
    平均功率的平方根就是信号的有效值xrms，即：

   
1．2 随机信号的幅值
    (1)均值μx是指各态历经随即信号的样本函数x(t)在观测时间T上的平均值，即：

   
    它表示随机信号的常值分量，是随机信号波动的中心值，描述了随机信号的静态分量。
    (2)方差σx2描述随机信号的幅值波动程度。用样本函数x(t)偏离均值μx的平方均值表示，即：

   
    它是分析随机信号的重要参数。信号波动的范围愈大，则σx电愈大。可见，标准差σx描述了随机信号的动态分量。
    (3)均方值ψx2描述随机信号的强度，它是样本函数x(t)的平均值，即：

   
    它代表信号的平均功率。

2 LabVIEW实现信号幅值特征值求取
2．1 LabVIEW实现周期信号幅值特征值求取
    用Express VI中的幅值和电平测量VI最为简单有效。它的达到路径是函数→信号分析→幅值和电平测量如图1所示。

    参数对话框中共划分4个区域，分别是要求进行的幅值特征值求取的项目、当前信号幅值特征值求取的结果、输入信号预览窗口和加窗后信号预览窗口。其中，最重要的是幅值特征值求取的项目设置。
    用Express信号发生器产生一个仿真信号，其参数设置如图2所示。这是个具有直流偏置和泊松噪声干扰的三角波信号。用幅值和电平测量检测其能够检测的所有幅值特征值的测试VI的前后面板示图，如图3所示。

2．2 LabVIEW实现随机信号幅值特征值求取
    幅值和电平测量主要针对周期信号进行处理，因此，它可以求取的参数中没有包括随机信号和标准差。但可以引入Express VI中的配置统计它与信号幅值和电平测量位于同一个模板上，如图4所示。

    现在用Express信号发生器产生一个仿真信号，其参数设置如图2所示。这是个具有直流偏置和泊松噪声干扰的三角波信号。配置统计检测其能够检测的所有幅值特征值的测试VI的前后面板示意图，如图5所示。

    参数对话框共划分了五个区域，分别是要求进行的幅值特征值统计的项目、当前信号幅值特征值统计的结果、输入信号窗口和统计极值以及统计采样特征。其中，最重要的是幅值特征值统计项目的设置。现求取随机信号幅值特征值，则选取均方根，标准差，方差即可。

3 信号的测量分析
    通过信号发生器产生一个仿真信号，可以设定仿真信号的某些参数，如信号的信号类型、频率、幅值、偏移量等参数值。此外，还可以改变噪声类型：二项分布噪声，高斯白噪声，泊松噪声等。通过对配置仿真信号参数的调节设定，观察LabVIEW对其特征值做出相应的变化，能有效直观地从多方面验证分析结果。例如，上文给出一个直流偏置和泊松噪声干扰的三角波信号，则可以通过Express VI前面板看到当前信号的某些特征值的大小。

4 结 语
    利用LabVIEW开发的信号幅值特征值求取系统完成了周期信号和随机信号的采集、显示、保存。通过实测证明了系统测试分析结果的可靠性。利用该系统可以方便地进行现场测试与分析，提高了测试效率和结果的精确度，且摆脱了传统测试分析仪器功能单一，成本高，不便于携带的缺点。