基于LabVIEW與FPGA虛擬頻譜分析儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、頻譜分析儀在通信、雷達(dá)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的科學(xué)研究中，發(fā)揮日益重要的作用。具有寬帶信號(hào)采樣、深存儲(chǔ)捕獲、實(shí)時(shí)寬帶譜分析、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)字頻譜分析儀逐漸成為研究熱點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)性能和嵌入式技術(shù)飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的大型、高集成化的儀器正逐漸朝著小型化和虛擬化的方向發(fā)展，而將PC機(jī)與硬件器件結(jié)合的虛擬儀器技術(shù)日益成為主流方式。本文主要討論了虛擬儀器技術(shù)與SOPC技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高性能實(shí)時(shí)頻譜分析儀的設(shè)計(jì)方案。
　　首先從闡述頻譜分析儀的

2、技術(shù)理論，總結(jié)了頻譜儀的技術(shù)特點(diǎn)及要求，并根據(jù)實(shí)時(shí)頻譜分析儀的工作原理和系統(tǒng)所要求的技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)了以FPGA為硬件基礎(chǔ)，LabVIEW為軟件核心的高性能虛擬頻譜分析儀系統(tǒng)，并分析了相關(guān)技術(shù)中可能存在誤差的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上結(jié)合寬帶數(shù)字中頻系統(tǒng)的應(yīng)用需求，提出了適用于LabVIEW與FPGA高速協(xié)同處理數(shù)據(jù)的方案:首先射頻前端根據(jù)帶通采樣定理對(duì)模擬高頻信號(hào)采樣，接著采用數(shù)字下變頻將信號(hào)從高頻轉(zhuǎn)為中頻，保證有效信號(hào)不失真的情況下，對(duì)

3、信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取濾波處理，得到低速率基帶信號(hào)，在此基礎(chǔ)上完成后續(xù)的FFT處理，提取所需的頻譜信息，實(shí)現(xiàn)整個(gè)頻譜儀的頻譜測(cè)量功能。
　　接下來(lái)文章論述了虛擬頻譜分析儀的硬件系統(tǒng)架構(gòu)。總體介紹了數(shù)字中頻的硬件結(jié)構(gòu)和在FPGA數(shù)據(jù)傳輸中各模塊的設(shè)計(jì)，包括數(shù)字中頻信號(hào)處理模塊、大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、高速數(shù)據(jù)傳輸模塊及Qsys系統(tǒng)的構(gòu)建。并給出了各個(gè)模塊的算法原理與仿真測(cè)試結(jié)果。
　　此外，虛擬頻譜分析儀應(yīng)用軟件程序是在計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境下

4、進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，將計(jì)算機(jī)作為硬件設(shè)備和LabVIEW軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器設(shè)備的分析和處理機(jī)制。在數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)上，通過(guò)USB端口連接下位機(jī)FPGA板卡完成數(shù)據(jù)采樣和存儲(chǔ)控制，利用自主開(kāi)發(fā)的API和LabVIEW中豐富的庫(kù)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)數(shù)據(jù)接收。在功能模塊和子VI的設(shè)計(jì)上，結(jié)合虛擬儀器技術(shù)優(yōu)勢(shì)，采用特有的G語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，對(duì)采集到的信號(hào)或已存儲(chǔ)好的信號(hào)文件進(jìn)行分析，通過(guò)不同的控件和函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的時(shí)域分析、頻域分析、信號(hào)處理分析和顯示功能等

5、等。
　　本文介紹的虛擬頻譜分析儀，具有操作簡(jiǎn)單、良好的UI、頻譜分析效率高、性能功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，且支持二次開(kāi)發(fā)。儀器的界面通過(guò)計(jì)算機(jī)的顯示器顯示，比傳統(tǒng)頻譜儀的LCD顯示更加清晰和多樣化，各類控制器件設(shè)計(jì)與實(shí)物相似，用戶通過(guò)前面板進(jìn)行分析邏輯操作，實(shí)現(xiàn)頻譜儀的功能。系統(tǒng)具有較高的傳輸性能，測(cè)試結(jié)果誤差即分辨率帶寬在2％范圍內(nèi)，頻譜范圍覆蓋至1.5GHz，且最大信號(hào)帶寬達(dá)56MHz，因此滿足工程應(yīng)用使用需求。且采用的SOPC技術(shù)能