低频随机信号实时功率谱分析仪的设计与实现

摘要

本课题介绍了基于数字滤波的低频随机信号实时功率谱分析仪的实现方法。对于非平稳随机信号的功率谱分析,采用自相关函数傅立叶变换法和直接傅立叶变换法分析时,由于存在数据截断,二者从概念上都不能很好的反映随机信号的功率谱。另外采用参数谱估计方法,则不能很好地实现等百分比带宽分析。对于噪声和结构振动等信号,需要进行等百分比带宽分析。采用滤波法作功率谱分析,不存在数据截断带来的误差,还可方便地用于等百分比带宽的谱分析。利用数字滤波器可以实现时分和频分复用的特点,结合重抽样技术来实现整个频率轴上的实时功率谱分析。 本文的第一章介绍了频谱仪的分类和计算法与数字滤波分析法的比较。 第二章是本文的理论基础,介绍了倍频程谱分析的理论和实现。特别介绍了倍频程谱分析中的优化算法。 第三章详细阐述了频谱分析的硬件设计和实现方法,介绍了该实时功率谱分析模拟部分的具体设计和CPLD内部模块的设计。本章重点讲述了CPLD芯片中VGA接口信号的实现。 第四章描述了DSP软件设计。其中重点介绍了优化算法的具体设计。

目录

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绪言

第一章实时功率谱分析的介绍

1.1频谱分析仪的种类

1.1.1模拟和数字式频谱分析仪

1.1.2实时分析仪与非实时分析仪

1.1.3恒带宽分析和等百分比带宽分析仪

1.2计算法与数字滤波分析法

1.2.1计算法与数字滤波分析法的比较

1.2.2数字滤波器的特点

1.3实时分析和降低数据样点频率的重新抽样技术

1.4等百分比带宽谱分析频率划分

第二章倍频程谱分析的理论和实现

2.1信号分类

2.2各种类型的频谱

2.2.1周期信号的离散频谱

2.2.2非周期确定性信号的连续谱或谱密度

2.2.3平稳随机信号的功率谱

2.2.4非平稳信号的时变谱

2.3滤波式频谱分析的原理及指标

2.4滤波式谱分析的实现

2.4.1滤波器的选择

2.4.2 ⅡR滤波器设计要求和方法

2.4.3本系统中数字滤波器的具体设计

2.4.4设计出的数字滤波器的具体系数

2.5解决数字滤波器的稳定性问题

2.6倍频程谱分析中的优化算法

第三章低频信号实时谱分析仪的硬件部分设计

3.1模拟前端处理设计

3.1.1衰减电路

3.1.2放大电路

3.1.3抗混叠滤波电路

3.1.4计权网络

3.1.5 ADC电路

3.2 ALTERA CPLD与VHDL语言介绍

3.2.1 ALTERA MAX7000系列CPLD芯片介绍

3.2.2 VHDL介绍

3.3 CPLD模块功能划分及设计

3.3.1 DSP与CPLD的接口设计

3.3.2显示处理模块的设计

3.3.3 A／D处理模块控制

3.3.4键盘处理模块的设计

3.4硬件部分设计小结

第四章DSP软件设计

4.1 TI DSP简介

4.1.1 DSP的应用领域

4.1.2 DSP系统构成

4.1.3 DSP系统的特点及设计过程

4.1.4 DSP芯片的基本结构和特征

4.1.5 DSP开发环境

4.2 DSP开发中应用的技术

4.2.1浮点数的定点表示--数的定标

4.2.2溢出问题处理

4.3 DSP程序编写

4.3.1主程序的编写

4.3.2算法的中断服务程序

4.6软件部分设计总结

结束语

致谢

参考书目

作者在学期间发表的论文清单