基于虛擬儀器的頻率測量軟件系統(tǒng)研究與設計

　　2.2框圖程序的設計

　　打開框圖程序窗口，首先對在前面板設計時選擇的各對象的位置排列整理，然后通過選擇功能(functions)模板中的各子項內容，添加用于控制前面板上各個對象的圖形化的函數代碼，這些函數代碼將完成有關的數值計算、數據處理等功能。最后根據虛擬儀器的具體功能連接到前面板上的每一個控制對象和每一個顯示對象[6]，最終完成基于功率譜估計的頻率測量軟件系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的設計流程圖如圖2所示。

　　在圖2中，可以看出測量系統(tǒng)核心的兩部分分別是功率譜估計模塊和頻率測量模塊。根據功率譜估計的發(fā)展現狀，設計中主要采用了周期圖、Welch、AR譜估計和ARMA譜估計4種方法;而在頻率測量模塊，主要采用了能量重心法、改進的能量重心法、直接測頻法和譜峰搜索法。其中，改進的能量重心法是在原有能量重心法的基礎上，通過調用Array Max Min函數找出最大元素的索引號，然后對功率譜數組從第一個元素開始，按一定長度抽取一子數組，可以認為這個數組中包含了信號頻率的全部功率譜線，從而進行能量重心測頻。而直接測頻法，則是針對輸入信號，通過調用Ext.ract Single Tone Informa-tion函數直接完成測頻[7]。 function ImgZoom(Id)//重新設置圖片大小 防止撐破表格 { var w = $(Id).width; var m = 650; if(w

　　3結果處理及分析

　　在設計的基于功率譜估計的頻率測量系統(tǒng)中，選擇數據來源中的仿真信號，設定信號頻率100 Hz，直流偏置為1 V，噪聲幅值2 V，采樣頻率512 Hz，采樣點數102 400，FFT點數1 024，窗函數類型選擇Hanning窗，窗長為32點，重疊點數為窗長的50%，通過利用功率譜估計方法和頻域測頻法，可完成信號頻率的測量，并得出測量頻率的相對誤差，如表1所示。

　　從表1中的仿真結果可以看出，在頻率測量方法相同的條件下，利用Welch譜估計可以得到較高的頻率測量精度，而在功率譜估計方法相同的條件下，改進的能量重心法可以達到更高的測頻精度。然而在實際條件下，由于非整周期采樣引起的頻譜泄漏、柵欄效應窗函數的影響和環(huán)境等因素都會使測頻精度降低，因此，應根據具體應用條件選擇不同的功率譜估計和測頻方法的組合，從而完成高精度頻率測量。

　　4結束語

　　在信號的頻率測量中，利用功率譜估計和頻率測量相結合的方法，能有效地提高測量精度。同時，借助虛擬儀器良好的人機界面和強大的數據分析處理函數庫，結合軟件無線電的思想，構建頻率測量軟件系統(tǒng)，對信號頻率測量也具有一定的現實意義和研究價值。