应用实例— — 谱估计
应用实例— — 汽车引擎故障检测
异常工作点
Demo
应用实例— — 脑磁场MEG信号分离
应用实例— — Fetal ECG信号分离
应用实例 — — 多元信号频谱分析
时变信号的典型处理方法
类型 I
信号特征：
类型 II
信号特征：
频率
频率
时间
分析方法： 分析方法：
时间
联合时频分析
I/O I/O
I/O I/O
I/O I/O I/O
I/O
I/O 模块
Connectivity
• 冗余直流供电 • 50G冲击 • -40 to 70 C 的温度范围
Signal Conditioning
ADC

定点硬件平台的选择－智能型DAQ
• 10 款智能型R系列数据采 集板卡 • 1 百万和3 百万门 FPGA • 160/96 根数字线，用途广 泛
声音与振动 阶次分析 图像处理 机器视觉 时间序列
• • • •
数字滤波器设计 系统仿真 控制器设计 系统识别
LabVIEW 开发信号处理应用
麦克风阵列声源定位系统
设计与仿真
配置与调试
数据采集
分析与验证
试验系统配置
测试结果
1.67kHz
4.0kHz
R&D工程师们
麦克风阵列声源定位应用
LabVIEW中的数字滤波器设计
Texas Instruments DSK6711 NI/Hyperception SPEEDY-33 Spectrum Digital DSK6713 … …
数字滤波器设计流程
浮点硬件平台 滤波器实现
浮点滤波器 设计与分析
定点滤波器 建模与仿真
定点硬件平台 滤波器实现
硬件实现
定点滤波器建模的基本步骤
– 信号的AR, ARMA, State Space建模 – 基于模型的谱估计
• 多元信号分析
– 矢量（多元） ARMA, State Space建模 – 主分量分析（Principal Component Analysis） – 独立分量分析（Independent Component Analysis） – …
LabVIEW基本分析与处理VI
• 数学
– – – – – – – – – – – – – – – Numeric Elementary and Special Functions BLAS/LAPAC-based Linear Algebra Curve Fitting Interpolation / Extrapolation Probability and Statistics Optimization Ordinary Differential Equations Geometry Polynomial Formula Parsing 1D & 2D Evaluation Calculus Zeros …
练习1 — — Signal Generation
Normalized Frequency
• Digital frequency or normalized frequency = Analog frequency Sampling frequency
• Units are cycles/sample • Signal Generation VIs use normalized frequency units (0.0 to 1.0)
LabVIEW 数字滤波器设计工具包特点
• 在一个工具中提供了从理论到实现的整个过程
– 浮点与定点的设计、分析与实现的全部过程 – 在一个工具包内实现了交互式的设计到硬件实现的全部过程。
• 非常容易使用
– 将近80个例子程序 – 4个只需要配置即可实现功能的 Express VIs – 同时享有 LabVIEW 所有的易用特性
• 分析内容
– 各量化器的工作状态，主 要观察溢出的发生情况 – 各量化器的配置是否合理
设计实例
Demo
数字滤波器设计流程
浮点硬件平台 滤波器实现
浮点滤波器 设计与分析
定点滤波器 建模与仿真
定点硬件平台 滤波器实现
硬件实现
定点硬件平台的选择－CompactRIO
RIO FPGA 实时处理器
Real-Time Controller
FFT不适合时变信号分析 传统滤波器不适合时变信号滤波
传统处理方法的局限性（续）
• 没有考虑信号的内部动态特性
白噪声 激励 采集得到的 振动信号
线性系统
传统处理方法的局限性（续）
• 对于多元（多通道）信号，只能单独处理， 没有考虑多元信号之间的耦合
FFT之外的时不变信号处理方法
• 基于模型的分析
练习2 — — FFT & Spectrum
练习3 — — Windowing
练习4 — — Digital Filtering
练习5 — — Curve Fitting
练习6 — — Solving Linear Equation
Ax = b
2 4 - 2 A 4 9 - 3 - 2 - 1 7
2 b 8 10
练习7 — — Statistics
提问、答疑
• • • 结构选择与系数量 化分析 定点实现的量化模 型建立 定点仿真分析
Floating-Point 浮点参考设计
结构选择与 系数量化分析 定点实现的 量化模型建立
定点仿真 Analysis
1. 结构选择与系数量化分析
• 提示
– 了解不同滤波器结构的 特点 – 明确所使用的硬件平台 的优势和限制 – 在一定的系数字长下， 选择适合的整数字长， 以使得滤波器频率响应 仍然能够满足要求 – 加大系数字长，可以得 到更好的量化结果
– 频率，幅度，方差，均值等
时不变
时变
传统的信号处理方法
• 时域分析
– RMS, 峰峰值
频率
• 变换域FFT分析
– – – – 频谱分析 总谐波失真 (THD) 频率成分、相位检测 … …
时间
• 滤波
– Butterworth – Chebyshev – …
传统处理方法的局限性
• 只适合处理时不变信号
小波分析
时频分析-短时傅立叶变换
更多时频联合分析方法
• • • • • • • STFT Gabor Adaptive WVD PWVD CWD CSD
时变滤波器
应用实例— — 雷达信号处理
信号完全被噪声淹没
应用实例— — 雷达信号处理(续)
重构信号
ms
信息提取 时频变换
frequency
低通滤波器
高通滤波器
带阻滤波器
带通滤波器
Demo
数字滤波器设计流程
浮点硬件平台 滤波器实现
浮点滤波器 设计与分析
定点硬件平台 硬件滤波器 滤波器实现 实现
硬件实现
新 最
– – – –
!
浮点实现－ LabVIEW DSP 模块
– 算法的专家 – DSP应用的原型
• 直观的图形化DSP开发
• 直接通过LabVIEW对DSP进行 编程 • 可供发布的硬件
更多的分析与信号处理VI
• 多达150个新增或改进 的VI
–曲线拟合 –插值 –概率与统计 –优化 –…
• MathScript 基于文本数 学语言
LabVIEW基本分析与处理VI
Demo
LabVIEW高级信号处理
时域的信号处理、分析方法
变换域的信号处理、分析方法
时不变信号与时变信号
• 信号中是否有系统性的参数变化 • 系统性的参数包括
LabVIEW基本分析与处理VI
类型
Express VI Waveform 波形 Array 数组 Pt-by-Pt 逐点
使用
• 推荐本科生使用 • 老师可用来解释原理 实验室 毕业设计, 课题研究 实时系统应用 • 易用 • 交互式
特点
• 和硬件直接接口 • 带有时间信息 • 功能全面 • 底层函数 • 单点处理 • 循环
滤波器设计指标
• 频率响应
– 幅度响应 – 相位响应
• 通带、阻带特性
– 通带波纹 – 阻带衰减
• 滤波器阶数
滤波器设计算法
• 经典算法
– – – – 巴特沃兹滤波器设计 切比雪夫滤波器设计 椭圆滤波器设计 窗函数设计…
• 高级算法
– REMEZ设计 – Lpth Norm设计
演示：典型滤波器设计－Express VI
LabVIEW基本分析与处理VI
• 信号处理与分析
– – – – – – – – – – – – – Waveform Generation Waveform Conditioning Waveform Monitoring Waveform Measurements Signal Generation Signal Operations Windows Digital Filters Spectral Analysis Transforms Point-by-Point Resampling …
• 功能– 联合时Fra bibliotek分析 (JTFA) – 小波分析 – 时间序列分析
更多LabVIEW 信号处理功能
/analysis
LabVIEW的信号处理功能
基本数学与信号处理 测试与测量 设计与仿真
• • • • • •
线性代数 滤波器 频谱分析 微分方程 多项式 联合时频、小波
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– 计数器，变化检测 – 时间戳，数字协议