一種基于虛擬儀器的信號仿真系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信號仿真領(lǐng)域，尤其是一種基于虛擬儀器的信號仿真系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代科技發(fā)展的過程中，不斷創(chuàng)新的計算機(jī)技術(shù)從各個側(cè)面影響著不同領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展模式。虛擬儀器是在20世紀(jì)后期隨計算機(jī)水平和軟件技術(shù)的迅速進(jìn)步而出現(xiàn)并發(fā)展起來的有別于傳統(tǒng)儀器的新概念。
[0003]虛擬儀器(Virtuallnstrument，簡稱VI)技術(shù)突破了傳統(tǒng)電子儀器以硬件為主體的模式，將日益普及的計算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的儀器儀表技術(shù)結(jié)合起來，使用戶在操作計算機(jī)時，如同在操作自己定義的儀器，可以方便靈活地完成對被測試量的采集、分析、判斷、顯示及數(shù)據(jù)存儲等，是一種基于計算機(jī)虛擬原型系統(tǒng)的全新的科學(xué)研究與工程設(shè)計方法，是除理論與實(shí)物實(shí)驗(yàn)之外的第三種研究設(shè)計手段和形式。虛擬儀器技術(shù)充分利用了最新的計算機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能。
[0004]對于實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)來說，提高教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性是幫助學(xué)生學(xué)習(xí)前沿科學(xué)知識的重要手段。驗(yàn)證現(xiàn)有理論的正確性與探索未知領(lǐng)域的現(xiàn)象和規(guī)律是實(shí)驗(yàn)的兩大首要任務(wù)，但一直以來，由于供學(xué)生使用的實(shí)驗(yàn)儀器相對落后，而先進(jìn)的儀器價格又過于昂貴，阻礙了學(xué)生探索和認(rèn)識世界的進(jìn)程。要使得學(xué)生能夠接觸到前沿的科學(xué)知識，就必須提供先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和理解。如何在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提升實(shí)驗(yàn)儀器性能，在不增加或增加少量開支的基礎(chǔ)上使實(shí)驗(yàn)儀器在精確性、靈敏度、可測范圍等方面有一個大的飛躍，讓先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容走進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂是擺在從事實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的教育者面前的一個難題。虛擬儀器充分利用了最先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)來提升和完善實(shí)驗(yàn)儀器的性能，具備精確性和科學(xué)性，同時使用成本又相對低廉，這為前沿科學(xué)知識走進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂提供了基本卻是非常重要的條件。
[0005]目前，微波信號相關(guān)專業(yè)的教學(xué)中，多采用LAVVIEW開發(fā)的簡單的信號演示系統(tǒng)，或者配合功能單一，結(jié)構(gòu)簡單的教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，基于這樣的教學(xué)條件，導(dǎo)致微波信號教學(xué)多偏重理論，與社會的實(shí)際需求的技能相差較大。部分高校為此采購整套微波儀器，從信號發(fā)生類儀器、信號接收類儀器、網(wǎng)絡(luò)分析類儀器到噪聲分析類儀器，用于深化學(xué)生知識，培養(yǎng)學(xué)生工程能力。這樣一套儀器目前的市場價過百萬，價格昂貴，因此為每個高校的微波信號類專業(yè)配置一套這樣的儀器，也是目前做不到的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于虛擬儀器的信號仿真系統(tǒng)及方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0008]—種基于虛擬儀器的信號仿真系統(tǒng)，包括虛擬信號發(fā)生器、虛擬信號傳遞器、虛擬信號處理器以及虛擬信號接收器；虛擬信號發(fā)生器、虛擬信號傳遞器、虛擬信號處理器以及虛擬信號接收器共同構(gòu)成信號仿真鏈路，進(jìn)行信號仿真處理；
[0009]虛擬信號發(fā)生器，用于生成實(shí)驗(yàn)中的原始仿真信號；
[0010]虛擬信號處理器，用于對原始仿真信號進(jìn)行仿真處理；所述仿真處理是指對原始仿真信號進(jìn)行放大，濾波、功分、衰減、混頻、倍頻、分頻、調(diào)制處理；
[0011]虛擬信號接收器，用于接收虛擬信號處理器的輸出，并對虛擬信號接收器輸出進(jìn)行分析處理，并顯示相應(yīng)的信號軌跡；
[0012]虛擬信號傳遞器，用于虛擬信號發(fā)生器、虛擬信號處理器以及虛擬信號接收器之間的信號傳遞。
[0013]優(yōu)選的，所述虛擬信號發(fā)生器包括信號發(fā)生模塊，通過調(diào)用信號發(fā)生模塊，實(shí)現(xiàn)生成原始仿真信號。
[0014]虛擬信號發(fā)生器包括虛擬信號源、虛擬矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、虛擬噪聲儀或者虛擬晶振。
[0015]優(yōu)選的，所述原始仿真信號包括連續(xù)波信號、掃頻信號、調(diào)制信號、者低頻信號和脈沖信號。
[0016]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述虛擬信號發(fā)生器還包括仿真調(diào)制模塊，該模塊用于提供載波信號。
[0017]優(yōu)選的，所述虛擬信號傳遞器包括信號傳遞模塊，信號傳遞模塊用于將原始仿真信號在虛擬信號發(fā)生器、虛擬信號處理器以及虛擬信號接收器之間進(jìn)行傳輸。
[0018]所述虛擬信號傳遞器為虛擬電纜。通過虛擬電纜，將虛擬信號發(fā)生器、虛擬信號傳遞器以及虛擬信號處理器之間通過虛擬電纜連接，信號傳遞模塊可支持信號在上述部件之間傳輸。
[0019]優(yōu)選的，所述虛擬信號接收器包括頻譜分析模塊、仿真變頻模塊和仿真解調(diào)模塊。
[0020]其中，頻譜分析模塊用于對虛擬信號傳遞器的輸出進(jìn)行解析處理，生成信號軌跡并顯示。
[0021]所述解析指根據(jù)信號的類型進(jìn)行中頻濾波、加噪、解調(diào)或者時頻變換。
[0022]仿真變頻模塊用于將虛擬信號傳遞器的輸出進(jìn)行變頻處理，得到低頻信號，實(shí)現(xiàn)將高頻段的信號切換到低頻可處理頻段。
[0023]仿真解調(diào)模塊用于將頻譜分析模塊的輸出進(jìn)行解調(diào)處理。
[0024]基于上述基于虛擬儀器的信號仿真系統(tǒng)，本發(fā)明還公開了一種基于虛擬儀器的信號仿真方法，包括以下步驟:
[0025]步驟一，從虛擬儀器庫中選擇信號仿真用到的虛擬儀器，搭建信號處理仿真鏈路；
[0026]步驟二，對信號處理仿真鏈路中的虛擬儀器進(jìn)行設(shè)置，通過虛擬信號發(fā)生器，生成原始仿真信號并將原始仿真信號發(fā)送給虛擬信號傳遞器；
[0027]步驟三，虛擬信號傳遞器對原始仿真信號進(jìn)行衰減處理，得到衰減信號并將衰減信號發(fā)送給虛擬信號處理器；
[0028]步驟四，虛擬信號處理器接收衰減信號，根據(jù)需求對衰減信號進(jìn)行仿真處理得到中間信號，并將中間信號發(fā)送給虛擬信號傳遞器；
[0029]步驟五，虛擬信號傳遞器對中間信號進(jìn)行衰減處理，得到待顯示信號并將待顯示信號發(fā)送給虛擬信號接收器；
[0030]步驟六，虛擬信號接收器接收待顯示信號，根據(jù)需求對待顯示信號進(jìn)行分析處理得到顯示信號并進(jìn)行顯示。
[0031]優(yōu)選的，所述步驟三中衰減處理指從原始仿真信號中除去虛擬信號傳遞器本身差損；所述步驟五中衰減處理指從中間信號中除去虛擬信號傳遞器本身差損。
[0032]優(yōu)選的，所述步驟四中，虛擬信號處理器對中間信號進(jìn)行放大、濾波、衰減、倍頻、分頻、混頻、調(diào)制、功率分配或者檢波處理。
[0033]優(yōu)選的，所述步驟三中衰減處理指從原始仿真信號中除去虛擬信號傳遞微波部件本身差損；所述步驟五中衰減處理指從中間信號中除去虛擬信號傳遞微波部件本身差損。
[0034]本發(fā)明的有益效果是:
[0035]1.虛擬儀器的仿真度很高，基本達(dá)到了和真實(shí)儀器完全一致，可以讓用戶在電腦上輕松學(xué)習(xí)各種電子測量儀器和微波部件的使用方法，作用原理等；
[0036]2.本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，完全用軟件實(shí)現(xiàn)了基于虛擬儀器的信號處理的全過程仿真，節(jié)約教學(xué)成本。
【附圖說明】
[0037]圖1是本發(fā)明基于虛擬儀器的信號仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，
[0038]圖2是本發(fā)明基于虛擬儀器的信號處理系統(tǒng)的信號仿真方法示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0040]如圖1所示，一種基于虛擬儀器的信號仿真系統(tǒng)，包括虛擬信號發(fā)生器、虛擬信號傳遞器一、虛擬信號傳遞器二、虛擬信號處理器以及虛擬信號接收器；虛擬信號發(fā)生器、虛擬信號傳遞器一、虛擬信號傳遞器二、虛擬信號處理器以及虛擬信號接收器共同構(gòu)成信號仿真鏈路，進(jìn)行信號仿真處理；
[0041]虛擬信號發(fā)生器，用于生成實(shí)驗(yàn)中的原始仿真信號；
[0042]虛擬信號處理器，用于對原始仿真信號進(jìn)行仿真處理；所述仿真處理是指對原始仿真信號進(jìn)行放大，濾波、功分、衰減、混頻、倍頻、分頻、調(diào)制處理)；
[0043]虛擬信號接收器，用于接收虛擬信號處理器的輸出，對信號進(jìn)行分析處理，并顯示相應(yīng)的信號軌跡；
[0044]虛擬信號傳遞器一，用于虛擬信號發(fā)生器、虛擬信號處理器之間信號傳遞；
[0045]虛擬信號傳遞器二，用于虛擬信號處理器、虛擬信號接收器之間的信號傳遞。
[0046]優(yōu)選的，所述虛擬信號發(fā)生器包括信號發(fā)生模塊，通過調(diào)用信號發(fā)生模塊實(shí)現(xiàn)生成原始仿真信號。信號發(fā)生模塊用于提供實(shí)驗(yàn)中所需的各種信號資源，包括連續(xù)波信號、掃頻信號、調(diào)制信號、低頻信號。信號發(fā)生模塊通過將模擬信號數(shù)字化，生成原始仿真信號，同時，該模塊可按照真實(shí)儀器的操作要求，連續(xù)或者分時發(fā)送原始仿真信號。
[0047]信號發(fā)生模塊通過將模擬信號數(shù)字化，生成原始仿真信號，同時，該模塊可按照真實(shí)儀器的操作要求，連續(xù)或者分時發(fā)送原始仿真信號。
[0048]虛擬信號發(fā)生器包括虛擬信號源、虛擬矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、虛擬噪聲儀或者虛擬晶振。
[0049]所述虛擬信號源用于產(chǎn)生仿真信號，例如點(diǎn)頻、掃頻、調(diào)制信號等；所述虛擬矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，一般有兩個端口，每一個端口都可以做一個信號源使用；所述虛擬噪聲儀用于產(chǎn)生噪音信號；所述虛擬矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，可以顯示駐波比，增益、信號頻譜圖等；所述虛擬功率計可以顯