数字示波器时频分析的功能设计与实现

作     者：黄川 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：叶芃

授予年度：2019年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：FFT 数字下变频 短时傅里叶变换 小波变换 瀑布图 三维概率图 

摘      要：长期以来,示波器一直以专一的时域观测功能为众多科研人员熟知。随着电子信息行业的快速发展,模拟示波器向数字示波器的发展转变,不仅带来了如测量精度、波形捕获率等各项指标的提升,也为示波器集成各种高级功能提供了多种可能性。本课题在基于数字存储示波器平台上,增加了时频分析的功能,把示波器从原来单一的时域观测仪器变成了集成时域、频域、时频联合域多维度的观测仪器。由于示波器在硬件前端的采集模块依然只有时域数据的采集能力,实现频域和时频联合域的分析功能只能通过算法对时域的采样数据进行处理然后转换为在频域和时频联合域的数据。本文基于20GSa/s采样率的数字存储示波器的软硬件平台,对时频分析功能进行了功能设计与实现。具体涉及内容如下:1、频域分析:利用快速傅里叶变换算法将时域的采样数据转换为频域的分析数据。基于数字下变频技术对快速傅里叶变换算法进行优化,提高频率分辨率。频域光标功能的实现。对数坐标和线性坐标轴的实现。2、时频分析算法的实现:短时傅里叶变换和小波变换关于时频分辨率的分析。利用多线程技术对软件功能进行设计和优化。利用MATLAB与C#混编技术实现短时傅里叶变换和小波变换的算法。根据短时傅里叶变换、小波变换的数字特征以及时域采样的特性设置频率档位和时域的时基档位。3、界面显示和控制功能:瀑布图和三维概率图的功能设计与实现,包含颜色库的管理和映射,瀑布图和三维概率图分别对应的光标功能以及图形绘制的效率优化。软件响应机制的优化。本课题采用面向对象的思想在.NET平台下对上述的各个功能模块进行程序编写和调试,实现了数字示波器的时频分析功能,并对以上功能进行测试和验证。在最终的测试中,各个模块功均能正确稳定的运行。