数字示波器时频分析的功能设计与实现

发布时间：2020-07-09 13:55

【摘要】：长期以来,示波器一直以专一的时域观测功能为众多科研人员熟知。随着电子信息行业的快速发展,模拟示波器向数字示波器的发展转变,不仅带来了如测量精度、波形捕获率等各项指标的提升,也为示波器集成各种高级功能提供了多种可能性。本课题在基于数字存储示波器平台上,增加了时频分析的功能,把示波器从原来单一的时域观测仪器变成了集成时域、频域、时频联合域多维度的观测仪器。由于示波器在硬件前端的采集模块依然只有时域数据的采集能力,实现频域和时频联合域的分析功能只能通过算法对时域的采样数据进行处理然后转换为在频域和时频联合域的数据。本文基于20GSa/s采样率的数字存储示波器的软硬件平台,对时频分析功能进行了功能设计与实现。具体涉及内容如下:1、频域分析:利用快速傅里叶变换算法将时域的采样数据转换为频域的分析数据。基于数字下变频技术对快速傅里叶变换算法进行优化,提高频率分辨率。频域光标功能的实现。对数坐标和线性坐标轴的实现。2、时频分析算法的实现:短时傅里叶变换和小波变换关于时频分辨率的分析。利用多线程技术对软件功能进行设计和优化。利用MATLAB与C#混编技术实现短时傅里叶变换和小波变换的算法。根据短时傅里叶变换、小波变换的数字特征以及时域采样的特性设置频率档位和时域的时基档位。3、界面显示和控制功能:瀑布图和三维概率图的功能设计与实现,包含颜色库的管理和映射,瀑布图和三维概率图分别对应的光标功能以及图形绘制的效率优化。软件响应机制的优化。本课题采用面向对象的思想在.NET平台下对上述的各个功能模块进行程序编写和调试,实现了数字示波器的时频分析功能,并对以上功能进行测试和验证。在最终的测试中,各个模块功均能正确稳定的运行。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM935.37
【图文】：

图 6-1 标准正弦信号的时域波形打开在数学通道一( 1)的 功能，窗函数选择最常见的汉宁窗，将 点数设置为 2048 个点，将频率坐标轴分别设置为线性和对数进行观测，得到如下测试图形：频率档幅度档光标信息谱线

图 6-3 100 z 正弦信号在实时档下对数坐标的频域分析结果如图 6-2 和 6-3，正弦信号在两种坐标形式下测出的信号频率均为 97.656 z（从右上角的光标信息读出），与实际的100 z相差较小，误差属于可接受范围，频率测量正确；由于窗函数的影响，在线性坐标中，测出的幅度为 570m ，与实际的 600m 比较接近，可认为测量正确；在对数坐标中，可以看出信噪比大约为27d ，根据信噪比与 有效位数的公式： ( ) ī ī ( ) (6-1)可以算出当前 的有效位数约为： ( ī ) ī ī ，测量结果保持正确性。接下来验证不同频率分辨率下频域分析功能的正确性。由第三章的分析可知，在不开启扩展 的情况下，改变频率分辨率可以通过改变采样率和 点数两种方式。在数字示波器中，改变采样率最简单的办法是改变时基档；将时基档调至 1us/div，依然使用上文中的标准正弦信号进行频域分析；由于 1us 的时基档

00z正弦信号在1us档两种坐标形式下的频域分析结果

【参考文献】

相关期刊论文 前5条

1 ;泰克公司显著提升全球首款混合域示波器的频谱分析仪性能[J];电子测量与仪器学报;2013年11期

2 金晶晶;耿元婧;;基于时频联合分布的经验模态分解方法[J];电子与封装;2013年05期

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5 高怀钢,王华;一种分析频谱局部特性的快速算法[J];火控雷达技术;1999年03期

相关重要报纸文章 前1条

1 卢子月;;泰克推出全球首款混合域示波器[N];通信产业报;2011年

本文编号：2747546