毕业设计（论文）-基于声卡的数据采集与分析系统的研究.doc

武汉工业学院摘 要声卡是个人电脑中不可缺少的一部分，同时也是一个很好的AD、DA卡。Matlab是一个数据分析和处理功能非常强大的工程实用软件。将二者相结合构造了一个虚拟动态数据分析仪，可实现双通道实时波形显示、信号谱分析和传递函数分析等功能。在Matlab环境下，为了方便对采集信号的常规动态分析，利用Matlab中的图形用户接口工具箱，构造了一个类似Windows的图形操作界面。通过该图形窗口即可实现一个虚拟的动态数据分析仪。本文利用MATLAB实现了对数据的采集以及信号的分析，得到了相应的频谱图。在MTALAB的窗口以傅里叶变换为基础，进行了相关分析，并用此构建的虚拟动态数据分析仪实现了对模拟转子的动平衡的分析。关键词：声卡；数据采集； Matlab；信号分析；动平衡。 Abstract Sound card is an indispensable part of the pc, It is also a good A / D, D / A cards. Matlab is a data analysis and processing functions very powerful utility software engineering. Combining the two will cons(All Acquired Datatruct a virtual dynamic data analysis instrument, can achieve real-time dual-channel waveform display, signal spectral analysis and transf(All Acquired Datasis, and other functions. In M(All Acquired Dataatlab environment, in order to facilitate the acquisition of conventional dynamic signal analysis, the use of Matlab in the graphical user interface toolkit, can easily co(All Acquired Datapectrum. MTALAB in the window under the rotor balancing analysis.Key words:Sound card; Data Acquisition; matlab; Signal Analysis；Balancing 目 录第一章 序言.41.课题的背景.42.本课题主要设计内容.5第二章 基于声卡和MATLAB的数据采集.6 1.声卡的介绍.6 2.MATLAB概述.7 3.MATLAB数据采集的实现.8第三章 基于MATLAB的数据分析.14 1.信号的频域分析.14 2.离散傅立叶变换.16. 3.DFT的实现与FFT的算法17 4.用MATLAB对采集的数据实现FFT.20第四章 信号的相关分析的实现及应用.23 1.相关分析.23 2.相关分析的计算与实现.25 3.应用MTALAB实现信号相关分析.25 4.相关分析在刚性转子动平衡中的应用.26结论.31谢辞.32参考文献.33附录1.34附录2.35附录3.39附录4.42附录5.43附录6.44 第一章 序 言1. 课题的背景数据采集系统是将特定的物理信号真实地进行记录，以供人们进一步分析研究的电子系统。通常运用计算机进行数据采集时需要传感器(对非电量而言)、信号调理器、插入式数据采集板和相应的控制软件。其中数据采集板是核心部件，其采样频率、采样精度和通道数等直接影响着采集到的信号的质量和数量。商用的数据采集板具有较大的通用性，一般像12位采样精度、数据采集频率是200kHz，8路采样通道能够满足多种应用需要，但其价格昂贵，与一台普通计算机的价格相当甚至更高，在具体的应用场合，有些功能可能并不使用。普通声卡，具有16位的量化精度、数据采集频率是44 kHz，特别是运用多个声卡组成多通道的数据采集系统，可以满足特定应用范围内数据采集的需要，个别性能指标还优于商用数据采集板，而价格却为商用数据采集板的十几分之一甚至几十分之一。目前声卡都使用专用芯片。在一块声卡上，有晶振、ADDA 转换芯片和数字信号处理芯片及其他辅助电路。因此，它可以作为数据采集卡使用，不过被采信号的频率被限制在音频范围之内。PC 98规范的实施，使声卡从ISA 总线向PCI总线转换口。PCI数据总线是32位、时钟频率为33 MHz的数据总线，支持猝发通信，最高数据传输率达132 MBs，是ISA 总线的22倍，完全满足声卡在16位的最高采样精度和数据采集频率441 kHz下的7056kb的数据传输要求。每个PCI设备有一个独立的配置空间，使用系统的中断、IO 和地址空间，而且主板上的PCI总线并不是每根线都相连r3。这样，PCI总线的使用，解决了声卡与系统交换数据的瓶颈问题，同时也就能充分发挥DSP 芯片的性能和功能。其中，特别重要的是，声卡是用DMA 方式进行数据传送的，这样就极大地降低了对CPU 的占用率。正是利用这一点，在一台单CPU 的普通计算机上配置多块声卡，多块声卡并行工作，一块声卡提供一个输入通道，从而构成一个多通道数据采集硬件系统。利用声卡的DMA 方式进行数据采集，软件控制是关键。首先要设定每个通道的采样频率、采样位数、缓冲区大小等，然后再使用声卡进行数据采集工作。声卡将采集到的数据通过DMA 传送到内存中指定的缓冲区，当缓冲区满后，再通过查询或中断机制通知CPU 执行显示程序显示缓冲区数据的波形，实际上是将缓冲区数据转移到显示缓存中，或者再把数据存储到磁盘，供以后分析研究使用，可周而复始。Matlab是一个数据分析和处理功能十分强大的工程实用软件，它的信号处理与分析工具箱为动态数据分析提供了十分丰富的函数利用这些函数可以快捷而又方便地完成动态数据分析。而它的数据采集工具箱(DAQ Toolbox)为在Matlab中实现数据采集提供十分方便的数据采集函数。在Matlab环境中，利用这些函数可以快捷地构造出数据采集系统，实现对外部物理世界和生产过程信号的实时信号采集。由该系统采集的物理信号可以作为变量直接存入Matlab的工作空间，也可以作为数据文件直接写入数据文件。对存入Matlab工作空间的物理信号变量，利用Matlab中信号处理与分析工具箱的信号分析处理函数，而无需对大量的常用信号处理算法进行编程，即可方便快捷地完成对信号的动态分析。因此，利用Matlab中丰富的数据分析和处理功能，开发一个利用声卡作为AD转换装置的数据采集和动态信号分析处理系统是非常实用而方便的。2. 本课题主要研究内容（1）理解并掌握数字信号分析处理的基本知识；理解计算机辅助测试系统的组成原理；（2）了解声卡的的功能及性能；（3）学习MATLAB编程的基本知识及其用户图形界面（GUI）设计知识，熟悉MATLAB的信号采集工具箱；（4）在上述准备工作的前提下，完成基于MATLAB的数据采集与分析系统的初步研究。 第二章 声卡和MATLAB的数据采集1. 声卡的介绍1.1 声卡简介 声音的录制与播放已经成为多媒体最基本的功能要求，声卡几乎是常见的配置了甚至许多板上就集成了声卡声卡的高、低档之分主要在于声音的回放效果上，比如对三维立体声、环绕效果、多音道、复音、硬波表等的支持我们在建立数据采集系统时所关心的是声卡的录制效果，即采集通路数、采样频率、采样位数等Pc中常用声卡的特性为：采集通路数：声卡支持单路、双路采集；采样频率：声卡支持的标准采样频率有8000Hz，1 1025Hz，22050Hz，44100Hz；采样位数：声卡支持的采样位数一般为8位和16位通常，声卡的外部接口有：Line-In(线路输入)、SpeWer(扬声器)Microphone(麦克风)、GamePort(游戏端口)。我们关心的是Line-I和Microphone，二者均可作为信号输入端口。显然，传感器输出信号的变化范围应适应Line-InMiefiphone端口的要求。 声卡的功能之一就是AD转换，根据性能指标声卡大致分为两类，一类是用于专业领域的专业声卡，如Aardvark Aark24，MAYA4J4，INCA 88，Mom828896及ECHO的GINA24和LAYLA24，一般有多个输人通道，采样频率高达96 kHz，位数一般在24bit以上，不仅如此，为保证性能，还采取一些其它措施，频响极好，但这种声卡的价格相当高，一般都在数千元到万元以上；另一类是民用声卡，这类声卡一般有2个模拟输人通道，量化位数8位l6位可编程，采样频率一般可达48 kHz。1.2 影响声卡效果的因素 声卡真正的质量取决于它的采样和回放能力。模拟声音信号是一系列连续的电压值，获取这些值的过程称为采样，这是由模数转换芯片来完成的。影响音质的两个因素是采样精度和采样频率。 采样精度 采样精度决定了记录声音的动态范围，它以位(Bit)为单位，比如 8位、16位。8位可以把声波分成256级，16位可以把同样的波分成65,536级的信号。可以想象，位数越高，声音的保真度越高。 采样频率 采样频率指每秒钟采集信号的次数，声卡一般采用11K、22K和44KHz的采样频率，频率越高，失真越小。在录音时，文件大小与采样精度、采样频率和单双声道都是成正比的，如双声道是单声道的两倍，16位是8位的两倍，22K是11K的两倍。早的声卡生产厂家有AdLib公司和创新公司(Creative Labs)，这两种声卡实际上已成为声卡的标准，大部分的声卡都与它们兼容。现在市场上已经开始流行PCI的声卡，需要注意的是：许多的PCI声卡标称的32位/64位并不是指它们的声音采样的位数是32/64位，而是指它们的最大复音数是32/64个，也就是在利用波表合成器播放MIDI时，最大可同时发音数是32或者64个，这只在播放MIDI时有效，而声卡采样精度仍然是16位的，专业的高档专业的数字录音器采样精度也只能达到20位。 图2-1 声卡的外接插口 这是一个Sound Blaster 16声卡，如图2-2所示，卡上有一个IDE接口和CD音频接口，外部接口有麦克风插口(Mic)、立体声输出插口(Speaker) 连接音箱或耳机；线性输入(Line in) 可连接CD播放机、单放机合成器等；输出插口 (Line out) 可连接功放等；游戏杆和MIDI设备。 在连接光驱的CD音频时，使用一根3芯或4芯的音频线，其中有两根代表左右声道，一般用红色和白色的线表示，还有一根或两根地线，用黑色表示。 图2-2 声卡的音频接口 2. MATLAB的概述2.1 MATLAB语言简介 MATLAB软件是以矩阵运算为基础、把计算、可视化、程序设计有机的融合到了一个简单易学的交互式的工作环境中，其出色的数值计算能力和强大的图形处理功能得到看广大的科研人员和工程技术人员的垂青。MATLAB拥有功能全面的函数库，他把大量的函数封装起来，让用户脱离了繁琐的程序设计过程，只需将精力集中到模型建立的工作即可，大大提高了工作效率。MATLAB系统由MATLAB内核和其辅助工具箱组成。MATLAB内核是由大量的内部函数及用户自定义的函数构成。利用MATLAB可以实现科学计算、符号运算、算法研究=数学建模和仿真、数据分析和可视化、科学工程绘图以及图形用户界面设计等强大功能。 MTALAB的主要特点有：（1）简学易懂。MATLAB语法规则简单，语言思维符合人们实际应用中的习惯。（2）先进的技术界面支持。MATLAB给用户的是一种简洁、直观的程序开发环境。（3）开放式的体系结构。除了内部函数外，所有的MATLAB主要文件和各工具箱文件都是对用户开放的源文件。（4）集成了许多领域专家的智慧。MATLAB软件有许多的工具箱，为使用MATLAB软件的不同领域内的科学研究人员提供了非常便利的捷径。 2.2 MTALAB的主要功能 MTALAB中的核心是一个基于矩阵运算的快速解决程序。它以交互式操作接收用户输入的各种指令，输出计算结果。它提供了一个开放式的集成环境，用户可以运行系统说提供的各种命令，来实现自己所要达到的目标操作。MTALAB的主要功能有：数据可视化功能;强大的数值运算功能；动态系统仿真;数据处理；数学计算；数值信号处理以及外部应用程序进行动态链接等。 MATLAB有着功能强大、丰富的函数工具箱，这些工具箱大致可以分2类：功能型工具箱和领域型工具箱。功能型工具箱提供了对内核的支持， 它主要用来扩充MATLAB符号计算功能、图形建模仿真功能=文字处理功能以及与硬件实时交互功能，属于MATLAB自身系统，可以用于多种学科。而领域 型工具箱是专业性很强的学科研发型工具箱，应用于不同学科。 3. MATLAB数据采集的实现 在Matlab中实现声卡数据采集的硬件配置如图2-3所示，传感器信号通过声卡的Line in或Micro插口连接到声卡，若被测输入信号电平高于声卡所规定的最大输入电平，则在声卡输入插口和被测信号之间应配置一个信号衰减器，将被测信号衰减至声卡最大允许输入电平。在Matlab中实现声卡数据采集的基本软件环境为：（1)MATLAB Version 61(R121)及其图形用户接口工具；（2)数据采集工具箱Data AcquisitionToolbox Version 21(R121)；（3)信号处理工具箱Signal ProcessingToolbox Version 51(R121)。 图2-3 数据采集的硬件配置Matlab中的实时数据采集功能通过数据采集工具箱来完成，采集数据的分析处理通过信号处理工具箱和Matlab中的相应函数来完成，图形用户接口工具用来实现数据采集操作的图形界面。利用数据采集工具箱实现声卡数据采集的方法如下。（1） 为声卡建立一个设备对象，语句为：AI=analoginput(winsound)AI Matlab中的变量。它是一个模拟输入设备对象句柄，所有的数据采集过程都是通过对该句柄的操作来实现； Analoginput() 模拟输入设备对象建立函数，通过该函数将AD转换卡硬件映射为Matlabworkspace中的一个模拟输人设备对象句柄；winsound 声卡设备驱动程序，Matlab软件内含该驱动程序。（2)查看声卡设备对象的参数并按照实际需要设定参数，查看声卡设备对象参数的语句为：get(AI)（3)参数的设置，参见表2-1。（4)启动并触发声卡设备。当声卡数据采集参数设置完成后，即可启动该设备进行数据采集，其语句格式为：start(AI)由于声卡具备三种触发方式，当触发方式设置为Immediate时，start命令将立即触发声卡，对输入信号进行采集；当触发方式设置为manual时，则必用Trigger(AI)命令人工触发声卡来启动对输入信号的采集；当触发方式设置为software时，声卡设备将自动监测输入信号的电平，输入信号电平达到TriggerconditionValue条件值时将会自动触发，完成对输入信号的采集。 表2-1 参数设置表 5)利用声卡设备事件的调用函数，从Matlab data Engin中提取或查看数据。当声卡被触发后，声卡设备会自动将采集到的数据存人Matlab data Engin中，为了从data Engin中提取数据，Daq toolbox提供了专用命令，其命令格式为：getdata(AI，N)N为要提取的数据点数，该命令将从data Engin中提取N点数据，并从data Engin删除这N点数据。另外，Daq tolbox提供了一个数据查看命令，其命令格式为：Peekdata(AI，N)N为要查看的数据点数，该命令将从data Engin中提取N点数据，但这点数据仍然保留在dataEngin中。 6)停止并删除声卡设备。当数据采集完成后，声卡设备仍然保留在系统中，为了清除该设备，应使用如下命令：Stop(AI)Delete(AI)Stop命令将停止声卡设备运行，delete命令将从系统中删除声卡设备。若在退出数据采集任务之前，未执行上述二条语句，在退出数据采集任务之后，系统中将会仍然保留声卡设备，在下一次启动数据采集任务时系统将会发出声卡设备在使用中的错误信息。因此，在退出数据采集任务之前，必须执行上述两个命令来删除声卡设备。7)从Matlab Workspace中清除设备变量。当完成第六步操作后。声卡设备仅从系统中被删除但它仍然存Matlab Workspace中，为了彻底清除该设备，还需要从Matlab Workspace中清除它，其命令格式为：clear AI该命令最后彻底地将声卡设备AI从Matlab Workspace清除掉。实例：function sondcaiji()AI = a(All Acquired Datawinsound); %为声卡建立一个设备对象addchannel(AI,1); %添加通道duration =4; %定义输出时间为4秒se(All Acquired Data000); ActualRate = get(AI,SampleRate); %采样频率set(AI(All Acquired Datar,duration*ActualRate); preview = duration*ActualRate/100; %采样数据subplot(211); %创建子图set(gcf,doublebuffer,on); (All Acquired Data); %绘制第一个采样图T = title(Preview Data); xlabel(Samples); ylabel(Signal Level(Volts); grid on start(AI); %启动设备对象while AI.SamplesAcquired preview end while AI.SamplesAcquiredduration*ActualRate data = peekdata(AI,preview); set(P,ydata,data); drawnow end data = getdata(AI); %获取采样数据subplot(212); plot(data),grid on title(All Acquired Data); xlabel(Samples); ylabel(All Acquired Datavolts); delete(AI); %停止声卡设备运行clear AI; %清楚设备对象结果图： 图2-4 结果图 采集界面： 对以上程序作采集界面，利用MATLAB在UGI窗口下制作采集界面。如图2-5所示。当按下数据采集时就会出现下面的波形。程序见附录2. 图2-5 采集前界面 图2-6数据采集界面 当点击信号分析时就会出现如下波形如图2-7。程序见附录3。 图2-7信号分析界面 第三章 基于MATLAB的数据分析 1. 信号的频域分析 将信号的时域描述通过数学处理变换为频域分析的方法称为频谱分析。根据信号的性质及变换方法不同，可以表示为幅值谱、相位谱、功率谱、幅值谱密度、能量谱密度、功率谱密度等。它的数学基础是傅氏级数和傅氏变换。1.1 周期信号的频谱 一个以时间为周期的周期信号xT(t),只要它在-T/2,T/2上满足狄里克雷条件，那么xT(t)在-T/2,T/2上就可以展开成为傅氏级数，在xT(t)的联系点处，级数的三角函数形式为 xT(t)=a0+ （3-1）其中 w0=2/T a0=1/T x(t)dtan=2/T x(t)cosnw0tdt (n=1,2,3.) （3-2） cosmw0t=1/2(+) （3-5） sinw0t=1/2j(-) （3-4） 式中 An= n=arctg-bn/an 在信号分析中，分别称a0，an及b0为常值分量，余弦分量和正弦分量。利用欧拉公式可得： cosmw0t=1/2(+) （3-5） sinw0t=1/2j(-) (3-6)即可以得出 xT(t)= a0 (3-7) 令 Cn=(an-jbn)/2 (n=1,2,.)考虑到an是n的偶函数，bn是n的奇函数，故： C-n=(an+jbn)/2 (3-8)再令C0= a0 ,于是有： xT(t)= ( n=0,1,2.) (3-9)将上式代入(3-8)的表达式中，则Cn又可表示为：Cn=1/T xT(t) dt (n=0,1,2.) (3-10)上式称为周期函数傅氏级数的指数形式。两种形式傅氏级数的系数存在如下关系：A0=C0=a0An=|Cn|= (n=1,2,.)argCn=n=argtg-bn/anargC-n=-n在周期函数xT(t)的频谱分析中，称An、n分别为xT(t)的幅值谱和相位谱。而把称为幅值频谱。以An、n为纵坐标，以W为横坐标画出的图形分别称为幅值谱图和相位谱图。以|Cn|、argCn为纵坐标，以W为横坐标画出的图形分别称为复数幅值谱图和复数相位谱图。1.2非周期信号的频谱 非周期函数的频谱是建立在傅氏变换的基础上的。在傅氏变换理论中，对于进行傅氏变换的函数x(t)还要求它在无穷区间上满足绝对可积，即 这是古典意义下的傅氏变换，但实际上，有很多函数不满足绝对可积的条件，但又要对他们进行频谱分析，这时就借助函数的理论对这一函数进行傅氏变换，这就产生了广义的傅氏变换。 一个非周期函数x (t)，可以看成是一个周期函数xT(t)在周期趋向于无穷时的极限情况。即 x(t)= 此时，周期函数xT(t)量相邻频率的间隔（w=nw0-(n-1)w0=2/T）当T时，w，频率间隔w就变为dw.式中的求和就变为了积分。即： x(t)= = (3-11) 其中，积分 是一个关于W的函数。令 (3-12) (3-13)将代入上式中，则推出 (3-14) (3-15)数学上称x(t)与为傅氏变换对，记为 一般地，是实变量f的复函数，可以写成 (3-16) 式(3-16)中，称为的频谱函数，它是关于f的连续函数，|x(f)|为信号的连续幅值谱，为x(t)的连续相位谱。 1.3 随机信号的频谱由于随机信号x(t)是一个时域无限的信号，不具备绝对可积的条件，因此，不能将随机信号直接进行傅氏变换。但是，零均值平稳随机过程的相关函数却满足绝对可积的条件，将其傅氏变换定义为功率密度频谱函数。平稳随机过程的功率密度频谱函数与其自相关函数构成傅氏变换对。即 (3-17) (3-18)2. 离散傅里叶变换 离散傅里叶变换并非泛指对任意离散信号取傅里叶积分，而是为适应计算机作傅里叶变换运算而引出的一个专有名词，所以有时称DFT是适用于数学计算机的FT。这是因为，对信号x(t)进行傅里叶变换或逆变换时无论在时域或在频域都需要进行包括（）区间的积分计算，若在计算机上实现这一运算，则需做到；（1）把连续信号改造为离散数据；（2）把计算机范围收缩到一个有限区间;(3)实现正、逆傅里叶变换运算。在这种条件下所构成的变换对称为离散傅里叶变换对。其特点是，在时域和频域中都只取有限个离散数据，这些数据分别构成周期性的离散时间函数和频率函数。2.1 离散傅里叶级数假设给定周期离散序列 （3-19）式中，N为序列的周期，r为任意常数，并记WN=，则傅里叶级数变换为 (3-20) 逆变换为 (3-21) DFS与DFT的关系为 （3-22） 2.2 离散傅里叶变换（DFT） 对于一个长度为N的有限长序列x(n)，也即x(n)只在n=0(N-1)个点上有非零值，其余皆为零，即 （3-23） 把序列x(n)以N为周期进行延拓得到周期序列，则有 （3-24） 所以，有限长序列x(n)的离散傅里叶变换（DFT）为 （3-25） 逆变换为 （3-31）其中 （3-26）若将DFT变换的定义写成矩阵形式，则得到X=A*x,其中DFT变换矩阵A为 A= 3.DFT的实现与FFT的算法3.1 DFT的算法 由离散傅里叶变换分析已知，DFT计算式为： （3-27） （3-28） 将此二式写成矩阵形式： 可知，X(k)与x(n)分别为N列矩阵，元素写作X(0),.X(N-1);以及x(0),.,x(N-1),而与分别为NN方阵，其中各元素分别以或表示。这两个方阵都是对称矩阵，即 由矩阵可以看出，将x(n)与两两相乘再取和可得到X(k)。每计算一个X(k)值，需要进行N次复数相乘和（N-1）次复数相加，当计算X(0)，X(1)，.共N个X(k)值时，则需要次复数相加。随着N值的增大，运算工作量将迅速增大。如果在N较大时，要求对信号进行实时处理时，多需的运算时间就难以实现。3.2 FFT的提出由分析可知，在相乘过程中存在这不必要的重复，避免这种重复，则是简化运算的关键。设N=4，此时复数乘法次数=16;复数加法次数为N(N-1)=12.分析矩阵发现有些不必要的运算，如（1）=1 (2) =-1也有些存在可利用的特性，如： （1）的周期性 （2）的周期性经过周期性和对称性变换后，矩阵W中，若干数量的元素相同，这样DFT运算过程大大简化。这就是FFT算法的思想。3.3 FFT计算方法FFT算法有多种变型，其算法很多，但每种变型的建立，多是考虑了呗分析数据的特性，或者利用计算机特性等。这里将介绍基2FFT算法，因为这种算法包含了FFT算法的基本要素。基2算法要求N为2的冥。设一个点序列x(n)，采样点数N=，M是正整数。基2算法的出发点是把N点DFT运算分解为两组N/2点的DFT运算，即把x(n)按n为偶数和n为奇数分解为2部分。即 （3-29） 式中，的下标N表示取N点DFT计算。若以符号2r表示偶数n,2r+1表示奇数n,r=0、1、.（N/2-1）,则 （3-30）又因为 （3-31）其中 所以 （3-31）其中 （3-32） （3-33）现在，可以看出，一个N点的DFT已被分解为两个N/2点的DFT。但是，必须注意到，G(k)和H(K)你N/2个点，k=0,1.2.,N-1.如果以G(k)和H(K)表达全部X(k)的两个重复周期，由周期性可知， G(k+N/2)=G(k) H(k+N/2)=H(k)对于上式中的加全系数，有 将（3-32）（3-33）代入X(k)就可以得出由G(k)和H(K)决定X(k)的全部关系式： （3-34） （3-35） K=0,1,1,.,N/2-1（3-35）中G(k) 和H(K)可以分别看成是序列x(2r)与(2r+1)的N/2点DFT，此式表明，一个N点的DFT可分解成两个N/2点的DFT，而这两个N/2点的DFT又可以按此式组合为N点的DFT。虽然这种组合形式计算的DFT与直接方式计算的效果是相同的，但运算量不相同。4. 用MATLAB对采集的数据实现FFT 数字信号处理的主要数学工具是傅里叶变换。但傅里叶变换是研究整个时间域和频率域的关系。然而，当计算机实现工程测试信号处理时，不可能对无限长的信号进行运算，而是取其有限时间间隔进行分析，这就需要进行截断。截断方法就是将无限长的信号乘以在MATLAB数字信号处理工具箱中的权函数。在某些情况下，通过某一适当的函数对已知函数进行加权，以便在另一个变换域中提供更好的解或其他属性，这个函数叫做权函数。所谓加权就是在另外的窗口中对函数进行分析，得到跟好的分析结果，也叫窗函数。通过对函数的加权后在进行傅里叶变换，在进行傅里叶变换之前，先调整原始信号，以便消除因窗口函数变化对平均值和信号平均功率的影响。在MATLAB的数字信号处理工具箱中包含8个常用的权函数.如果给定某一函数g(t)如果权函数为，则被修正信号由下式给出：n=0,1,.N-1 （3-36） 其中， 对窗口函数的平均值进行修正，并且： 对窗口函数的平均功率修正。然后对进行快速傅里叶变换（FFT）。 有两个限宽的确知信号和的互相关由下式给出： （3