第5讲基于LabVIEW的信号处理.ppt

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第5讲基于L信号进行处理
两者比较
软件滤波配置简单，几乎无成本，随时间无老化效应
硬件滤波不需要占用处理器资源
软件滤波可能在某些噪声条件下效果较差
两者可能同时使用
降噪的挑战 – 宽频、时变、多尺度
移动平均和低通滤波不适用于宽频、时变、多尺度信号的降噪
小波降噪
基于小波的降噪方法适合于宽频、时变、多尺度信号的降噪
降噪方法比较
移动平均
低通
小波
去除成分
高频
高频
有选择地去除高频
幅频响应类型
低通滤波
低通滤波
低通并保留高频幅度较大部分
（非线性）
过渡带
较长
(与平均长度有关)
可控
(与滤波器设计有关)
与小波类型有关
低频衰减
较大
(与平均长度有关)
可控
(与滤波器设计有关)
与小波类型有关
优势
简单易用
性能可控
非平稳信号效果好
使用LabVIEW做信号预处理的优势
丰富的函数
滤波器设计、重采样、抽样、插值、去直流、曲线拟合、小波降噪、小波去趋势、时变滤波等等
LabVIEW交互式的环境便于完成需要反复试验(Trial and error)的预处理任务
图形化编程
VI前面板
调试探针 (Probe)
Express VI
参数测量
频率、周期与相位
直流分量、有效值(RMS)
脉冲参数：占空比、超调比等
总谐波失真(THD)、SINAD
振动级、声压级
谐振频率、阻尼
预处理
参数测量
域变换
建模
参数测量的应用
电声设备特性测量
音箱、耳机、麦克风、功放等
频响、THD等参数
土木与机械结构动态特性测量
谐振频率、阻尼
其他应用
汽车
生产线自动质量控制系统
参数测量例1——频谱测量
可交互式地对参数进行配置（如选择不同的窗函数等）
需要加窗的原因——频谱泄漏
实际信号采样之后进行频谱分析时需要考虑频谱泄漏的问题
没有以整数周期进行采样的信号生成高频不连续成分，从而导致频谱泄漏
频谱泄漏导致频率测量失真，因为不连续部分的高频能量会在频谱扩散
不连续
1个周期
频谱泄漏
整数周期 —
无泄漏
非整数周期 — 泄漏
加窗可减少频谱泄漏对频谱分析的影响
加窗可加强信号部分，减弱其它部分
加窗可以将不连续部分的幅值最小化
减少频谱泄漏
加窗对幅值和相位的效果、不同窗函数的影响效果等内容可参考《数字信号处理》课程或相关参考书
参数测量例2——FRF
一个函数完成一台传统频谱分析仪的主要功能
系统的激励和响应信号作为输入，直接输出系统的FRF
加窗、平均、H1、H2、H3等设置
直接在LabVIEW前面板显示频响函数
参数测量例3——正弦参数提取
传统方法
功率峰值法：精度受频谱泄漏和谱线密度影响
零点检测法：精度受噪声影响
LabVIEW中使用的三点法
专利技术
消除频谱泄漏影响
高精度
Demo
使用LabVIEW做参数测量的优势
LabVIEW的函数专门针对工业应用
函数功能强大，调用现成VI完成参数测量任务
隐藏底层算法，符合工业标准的设置方式
包含单位量纲，自动给出测量结果的量纲
域变换
变换是信号处理的精髓
换个角度看问题
变换可能使得信号的隐藏特征显而易见
常用变换域
频域
尺度域
时频域
角度域
预处理
参数测量
域变换
建模
信号按时频特征分类
频率
时间
短时宽带信号
长时间持续的窄带信号
短时窄带信号
时变信号
选择合适的变换域
傅立叶变换
小波变换
联合时频
角度(阶次)域
t
f
LabVIEW变换函数的特点
功能全面
FFT、Hilbert变换、Hartley变换、Walsh Hadamard变换、联合时频率变换、小波变换
函数设计针对在线应用
函数运算速度足够快
函数自动处理相邻信号块的衔接问题
例：Online Gabor Transform、Online Gabor Expansion
LabVIEW中时频分析的应用举例
深海中虎鲸的叫声…
演示
建模分析
应用1. 系统识别
控制器设计
预测
状态监测
应用2. 随机信号参数建模
预处理
参数测量
域变换
建模
系统辨识工具包
随机信号建模
自回归模型 (AR)
确定部分
(用模型系数表示)
随机部分
(建模残差)
AR建模