一種基于虛擬儀器的信號仿真系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及信號仿真領域，尤其是一種基于虛擬儀器的信號仿真系統及方法。
【背景技術】
[0002]在現代科技發展的過程中，不斷創新的計算機技術從各個側面影響著不同領域技術的發展模式。虛擬儀器是在20世紀后期隨計算機水平和軟件技術的迅速進步而出現并發展起來的有別于傳統儀器的新概念。
[0003]虛擬儀器(Virtuallnstrument，簡稱VI)技術突破了傳統電子儀器以硬件為主體的模式，將日益普及的計算機技術與傳統的儀器儀表技術結合起來，使用戶在操作計算機時，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、顯示及數據存儲等，是一種基于計算機虛擬原型系統的全新的科學研究與工程設計方法，是除理論與實物實驗之外的第三種研究設計手段和形式。虛擬儀器技術充分利用了最新的計算機技術來實現和擴展傳統儀器的功能。
[0004]對于實驗課程教學來說，提高教學內容的先進性是幫助學生學習前沿科學知識的重要手段。驗證現有理論的正確性與探索未知領域的現象和規律是實驗的兩大首要任務，但一直以來，由于供學生使用的實驗儀器相對落后，而先進的儀器價格又過于昂貴，阻礙了學生探索和認識世界的進程。要使得學生能夠接觸到前沿的科學知識，就必須提供先進的實驗儀器幫助學生學習和理解。如何在現有基礎上提升實驗儀器性能，在不增加或增加少量開支的基礎上使實驗儀器在精確性、靈敏度、可測范圍等方面有一個大的飛躍，讓先進的實驗內容走進實驗教學課堂是擺在從事實驗課程教學的教育者面前的一個難題。虛擬儀器充分利用了最先進的計算機技術來提升和完善實驗儀器的性能，具備精確性和科學性，同時使用成本又相對低廉，這為前沿科學知識走進實驗教學課堂提供了基本卻是非常重要的條件。
[0005]目前，微波信號相關專業的教學中，多采用LAVVIEW開發的簡單的信號演示系統，或者配合功能單一，結構簡單的教學實驗箱，基于這樣的教學條件，導致微波信號教學多偏重理論，與社會的實際需求的技能相差較大。部分高校為此采購整套微波儀器，從信號發生類儀器、信號接收類儀器、網絡分析類儀器到噪聲分析類儀器，用于深化學生知識，培養學生工程能力。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配置一套這樣的儀器，也是目前做不到的。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種基于虛擬儀器的信號仿真系統及方法。
[0007]為實現上述目的，本發明采用下述技術方案:
[0008]—種基于虛擬儀器的信號仿真系統，包括虛擬信號發生器、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成信號仿真鏈路，進行信號仿真處理；
[0009]虛擬信號發生器，用于生成實驗中的原始仿真信號；
[0010]虛擬信號處理器，用于對原始仿真信號進行仿真處理；所述仿真處理是指對原始仿真信號進行放大，濾波、功分、衰減、混頻、倍頻、分頻、調制處理；
[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行分析處理，并顯示相應的信號軌跡；
[0012]虛擬信號傳遞器，用于虛擬信號發生器、虛擬信號處理器以及虛擬信號接收器之間的信號傳遞。
[0013]優選的，所述虛擬信號發生器包括信號發生模塊，通過調用信號發生模塊，實現生成原始仿真信號。
[0014]虛擬信號發生器包括虛擬信號源、虛擬矢量網絡分析儀、虛擬噪聲儀或者虛擬晶振。
[0015]優選的，所述原始仿真信號包括連續波信號、掃頻信號、調制信號、者低頻信號和脈沖信號。
[0016]進一步優選的，所述虛擬信號發生器還包括仿真調制模塊，該模塊用于提供載波信號。
[0017]優選的，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生器、虛擬信號處理器以及虛擬信號接收器之間進行傳輸。
[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行解析處理，生成信號軌跡并顯示。
[0021]所述解析指根據信號的類型進行中頻濾波、加噪、解調或者時頻變換。
[0022]仿真變頻模塊用于將虛擬信號傳遞器的輸出進行變頻處理，得到低頻信號，實現將高頻段的信號切換到低頻可處理頻段。
[0023]仿真解調模塊用于將頻譜分析模塊的輸出進行解調處理。
[0024]基于上述基于虛擬儀器的信號仿真系統，本發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行設置，通過虛擬信號發生器，生成原始仿真信號并將原始仿真信號發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行衰減處理，得到衰減信號并將衰減信號發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，根據需求對衰減信號進行仿真處理得到中間信號，并將中間信號發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行衰減處理，得到待顯示信號并將待顯示信號發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，根據需求對待顯示信號進行分析處理得到顯示信號并進行顯示。
[0031]優選的，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]優選的，所述步驟四中，虛擬信號處理器對中間信號進行放大、濾波、衰減、倍頻、分頻、混頻、調制、功率分配或者檢波處理。
[0033]優選的，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]本發明的有益效果是:
[0035]1.虛擬儀器的仿真度很高，基本達到了和真實儀器完全一致，可以讓用戶在電腦上輕松學習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.本發明與現有技術相比，完全用軟件實現了基于虛擬儀器的信號處理的全過程仿真，節約教學成本。
【附圖說明】
[0037]圖1是本發明基于虛擬儀器的信號仿真系統結構示意圖，
[0038]圖2是本發明基于虛擬儀器的信號處理系統的信號仿真方法示意圖。
【具體實施方式】
[0039]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0040]如圖1所示，一種基于虛擬儀器的信號仿真系統，包括虛擬信號發生器、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成信號仿真鏈路，進行信號仿真處理；
[0041]虛擬信號發生器，用于生成實驗中的原始仿真信號；
[0042]虛擬信號處理器，用于對原始仿真信號進行仿真處理；所述仿真處理是指對原始仿真信號進行放大，濾波、功分、衰減、混頻、倍頻、分頻、調制處理)；
[0043]虛擬信號接收器，用于接收虛擬信號處理器的輸出，對信號進行分析處理，并顯示相應的信號軌跡；
[0044]虛擬信號傳遞器一，用于虛擬信號發生器、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]優選的，所述虛擬信號發生器包括信號發生模塊，通過調用信號發生模塊實現生成原始仿真信號。信號發生模塊用于提供實驗中所需的各種信號資源，包括連續波信號、掃頻信號、調制信號、低頻信號。信號發生模塊通過將模擬信號數字化，生成原始仿真信號，同時，該模塊可按照真實儀器的操作要求，連續或者分時發送原始仿真信號。
[0047]信號發生模塊通過將模擬信號數字化，生成原始仿真信號，同時，該模塊可按照真實儀器的操作要求，連續或者分時發送原始仿真信號。
[0048]虛擬信號發生器包括虛擬信號源、虛擬矢量網絡分析儀、虛擬噪聲儀或者虛擬晶振。
[0049]所述虛擬信號源用于產生仿真信號，例如點頻、掃頻、調制信號等；所述虛擬矢量網絡分析儀，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生噪音信號；所述虛擬矢量網絡分析儀，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