虚拟环境下数字测量仪的相关研究

（一）数字式相关测量原理

在测试技术领域中，无论分析两个随机变量之间的关系，还是分析两个信号或一个信号在一定时移前后之间的关系，都需要应用相关分析。相关分析又称时延域分析，是提取信号在不同时刻相互依赖关系中周期成分的常用手段。相关分析包括自相关分析和互相关分析，自相关和互相关都用其函数描述。

自相关函数描述某个状态历经随机过轻的一个样本记录在时移后，同一信号中不同时刻的相互依赖关系。

（二）虚拟相关测量仪

1.系统主要模块功能

基于LabView的特点和功能以及相关理论的分析，在虚拟仪器软件平台LabView上构建数字式相关测量仪。该测量仪由一个基础子仪器和两个功能分析子仪器组成，以适应不同相关实验分析的需求。各子仪器主要功能如下。

（1）信号发生器。信号发生器为双信道信号发生器。两个信道可分别产生正弦波、方波、三角波、脉冲函数和冲击函数信号，并将其产生的信号传输给两个子相关分析系统。

（2）自相关函数分析。将信号发生器产生的信号进行自相关分析，验证分析同一信号在不同时刻的相互依赖关系。

（3）互相关函数分析。将信号发生器产生的信号进行互相关分析，验证分析两个不同信号在不同时刻的相互依赖关系。

2.信号发生装置

信号发生装置用以产生相关测量子模块所需要的信号，并把产生的信号及信号参数传递给两个相关测量子模块。信号发生装置的程序接口板设置三个输出端口，分别为两个信道输出信号和取样率参数。实验时系统会将信号发生器产生的信号传输给自相关或互相关子系统。(www.xing528.com)

3.自相关分析子仪器

（1）自相关软面板。自相关测试分析子仪器的主要功能是将信号发生装置产生的信号进行数字滤波并进行自相关分析，进而生成信号的自相关波形。自相关软面板中，根据要求选择输入信号，经波形参数和采样参数设置后，系统即产生相应信号波形；由相关分析的功能设置，对信号进行扫描和分析即产生相关分析后的输出波形。

（2）自相关流程图。自相关流程中首先引用了两个Case结构。第一个Case结构放置Analyze-Signal processing-Signal generation中7种典型的波形，分别是正弦波、余弦波、三角波、方波、冲击函数、脉冲函数和均匀白噪声，它们分别与软面板中的波形选择控件相对应；第二个Case结构中引入了Analyze-Signal processing-Filters中的Butterworth和Chebyshev低通滤波器模块，它们与软面板中的逼近准则一致。数据流在电源和运行按钮均为True时，进入Case结构的True分支，选择用户所需信号，如正弦波发生器（Functions-Analyze-Signal Processing-Signal Generation）。产生的波形数据输出给第二个Case Structure模块。信号经过滤波处理后送入Bundle图标并输出给信号Waveform Graph控件，在软面板中显示出滤波波形；同时滤波处理后的信号经过自相关处理后在软面板中显示出自相关函数波形。

为了获得良好的滤波输出特性，运行时应调整合适的采样频率、采样点数。

4.互相关分析子仪器软面板和流程图

互相关分析子仪器的主要功能是由信号发生装置产生两个信号并进行互相关分析，进而生成信号的自相关函数图形。在软面板中，设置波形参数和采样参数后，系统即产生相应信号波形。产生的原始信号以波形图方式直接显示在前面板中；而互相关波形则经过相应的互相关处理后输出显示在前面板上。

互相关软面板设计和自相关设计基本相似，主要是增加了信号输入设置功能。按照功能要求在互相关子仪器的软面板中设置了15个Digital Control控件，用来引导用户完成波形的参数设置，如信号频率、幅值、偏置、相位、取样率等。还设计了2个Text Ring控件和2个Waveform Chart图形控件，分别用来雄行信号波形选择和显示波形信号。

在互相关流程图中也引用了两个Case结构。这两个Case结构里均放置了与自相关模块相同的7种典型的波形图也分别与每个软面板中所选择的控件相对应。一方面，产生的两个信号与有关参数捆绑在前面板中显示出原始的信号波形；另一方面，两信号经处理和相应参数摘绑后输出互相关信号，并显示在前面板中。为了获得良好的滤波输出特性，互相关模块在运行时也应调整合适的采样频率、采样点数。

利用本仪器可以方便地验证互相关函数的性质，是解决在噪声背景下提取有用信息的一个非常有效的手段。如果两信号是同频率的周期信号或者包含同频率的周期成分，则即使互相关函数也不收敛并会出现该频率的周期成分；如果两信号含有频率不等的周期成分，则两者不相关，即同频相关，不同频不相关。