1绪论
1.1课题背景
本小节前半部分介绍仪器的发展史，总结各技术阶段仪器的特点以及技术瓶颈对仪器的限制;后半部分给出在计算机技术的不断发展下所产生的“虚拟仪器”与传统仪器的区别，包括仪器构成、开发过程、功能、成本、维护费用和扩展性等方面的区别。
1.1.1仪器发展史
仪器仪表发展至今，经历了模拟仪器、数字仪器、智能仪器、个人仪器以及虚拟仪器等发展阶段。
第一阶段:模拟仪器。这类仪器主要有指针式万用表、电压表等，它们的基本特征是采用模拟电子技术实现，采用指针显示结果。
第二阶段:数字式仪器。数字电压表、数字电流表、数字频率计、数字示波器是这类仪器的代表。数字式仪器仪表的基本特点:将模拟信号的测量转化为数字信号的测量，并以数字方式输出最后结果，适应于快速响应和较高准确度的测量。这类仪器稳定、精度高、速度快、读数清晰、直观。
第三阶段:智能仪器。在数字式仪器中置入微处理器，将计算机技术与仪器仪表技术紧密结合，使仪器具有自动测量的功能，从而部分取代人脑工作，这类仪器称为智能仪器。智能仪器实质土是一个专用的微处理器系统，一般包含有微处理器电路、模拟量输入/输出管道、键盘显示接口、标准通信接口。
第四阶段:个人仪器。个人仪器也称为PC仪器或卡式仪器，是在智能仪器的基础上出现的又一种新型微机化仪器，它是个人计算机与电子仪器结合的产品。
第五阶段:虚拟仪器。20世纪80年代中期由美国NI困ational Instmment)公司提出，旨在规范化仪器软件枢架、提高仪器设计与用户的交互性、充分利用计算机的发展优势改善仪器功能。
1.1.2虚拟仪器与传统仪器比较
虚拟仪器技术首先是山美国NI(National Instrument)公司于20世纪80年代中期于仪
器领域提出的新概念，主张“软件即仪器”这样一个新概念。“软件即仪器”概念的提
出是在计算机技术的推动下进行的，这一概念使仪器功能的设计集中在软件部分，使大
部分用户能够参与到仪器功能的设计。
传统的测量仪器通常由信号采集与采集控制、数据处理、数据结果显示与存取这三大功能模块组成。这些功能模块基本上是以专门的模拟电路或者数字电路以及烧写在内存一户的固有的程序的形式做成。而这些功能一般由制造商来定义与设计，一巨设计一好，普通用户无法根据自身要求调整软件的功能，因而其灵活性和适应性相对较差。如果整套设备不能很好地适应用户的使用要求，用户只能更换该套设备，或向制造商寻求技术支持，这无疑是大大降低了设备的使用率，也给用户带来了极大地不便。
与传统仪器相比，虚拟仪器的设计理念、系统结构和功能定位都发生了根本性的变化。虚拟仪器一般由计算机系统、功能软件、硬件接口总线等模块构成，其本身是充分利用最新的计算机技术，如CPU资源、内存资源、总线接口资源、显示器资源和网络通信资源等，来提高和改善仪器功能。通常，信号的采集由专用的硬件采集卡完成，而对采集卡的控制、信号的分析与处理、测量结果的存储、显示与输出则由计算机完成，这两者之间通过总线接口进行连接和通信，如图1.1所示。计算机高速的CPU运算资源，内存资源，总线接口资源等等代替了传统仪器的专用硬件电子线路。
这样的结构将仪器的功能开发完全扩展到计算机软件的开发上，即上文“软件即仪器”的概念。由于软件编程的灵活性，用户可以根据自己的需求，量身定制自己的仪器功能，通过在计算机上编写自己的仪器功能函数达到自己的目的。因此，虚拟仪器技术
1.2课题主要内容、意义和应用
本文的主要内容是利用迪阳DS02902a-g2数抓采集卡，USB2.0数据总线，外加一台安装了Windows操作系统的计算机，设计一个集采集、存储、显示与分析功能于一体的虚拟示波器。
鉴于现在的普通示波器只具有显示波形和简单的瞬时一存储功能，在频域也只能显示信号的傅里叶变换谱。传统的傅里叶变换局限于对确定性信号和平稳信号的分析，对于雷达信号这样的非平稳信号，不能完全表征平稳信号的时频联合特征。另外，一般的示波器和频谱分析仪价格昂贵，而个人计算机已经相当普及，CPU运算能力不断加强，内存也越来越大，计算机网络技术也已经相当成熟。利用个人计算机完全可以设计满足要求的仪器系统，并且成本低，易于操作。所以，本文根据虚拟仪器设计原理的基本过程搭建了一个同时具有波形显示及频谱分析功能，并且能够存储长时连续信号的虚拟系统。该系统除了显示信号的时域波形外，还能给出信号的时域连续存储，FFT, STFT和维格纳一威尔分布的三维显示。
1 绪论.............. 10-15
1.1 课题背景.............. 10-12
1.1.1 仪器发展.............. 10
1.1.2 虚拟仪器与.............. 10-12
1.2 课题主要内容、意义.............. 12-13
1.3 关键技术.............. 13-14
1.4 论文章节.............. 14-15
2 信号分析.............. 15-21
2.1 信号分析基础.............. 15-17
2.1.1 时频分析与傅里叶.............. 15
2.1.2 解析信号.............. 15-16
2.1.3 时频分布函数.............. 16-17
2.2 信号时频估计.............. 17-18
2.3 雷达信号与时频.............. 18-21
2.3.1 雷达信号处理.............. 18-19
2.3.2 常用时频分布.............. 19-20
2.3.3 模糊函数与.............. 20-21
3 虚拟仪器系统.............. 21-24
3.1 虚拟仪器系统设计.............. 21
3.2 硬件设计.............. 21-22
3.3 软件部分.............. 22-24
4 本系统设计.............. 24-26
4.1 硬件结构.............. 24
4.2 软件设计要求.............. 24
4.3 系统简单结构.............. 24-25
4.4 设计语言选择.............. 25-26
结论
虚拟仪器系统在系统结构和功能上具有很大的共性，从软件工程和面向对象的方面来讲，这一共性部分是可以抽离出来的。共性的这一部分可以重复使用，这样可以提高项目的开发速率，降低成本，只有额外的用户自定义部分需要进行设计。
本文所设计的只是一个小系统，界面还不够友好，功能也不够多，要真正构成一个大的系统，需要设计自己的软件框架。大部分虚拟仪器开发环境都有自己的软件框架，典型的有美国NI公司的LabView和国内的LabScene。开发一个虚拟仪器软件系统需要软件工程方面的知识，比如模式设计、软件框架等等。设计好一个好的框架可以节省很多成本，减少开发时间，提高灵活性。