本书着重介绍了基于虚拟仪器的测控系统在设计过程中所涉及的理论和方法，在讲述信号采集与分析、仪器设备的总线接口、系统的软件设计等知识的基础上，结合工程实践对测控系统的通用平台设计、基于小波包分析与神经网络结合的故障诊断、动态测试等技术内容进行了深入讨论。本书各部分内容的论述都依据了测控领域已经制定的相关国际标准、规范，以利于读者把握测控技术的理论体系。

前 言 测控技术已广泛应用于航空、航天、武器装备、能源等重要领域，成为复杂系统与设备可靠运行的必要保证。在测控系统中，系统对被控对象的控制是建立在对被控对象的正确认知的基础上的，因此控制与测量缺一不可。测控技术发展到今天已完全突破了原有的意义，它综合测量、控制、仿真、信号处理、网络、人工智能、神经网络等技术，成为一门独立发展的学科。 测控技术涵盖的范围越来越广，如基于网络的测控技术、基于卫星定位的测控技术、基于雷达的测控技术、基于虚拟仪器的测控技术等。本书在讲述测控技术基本理论和基本方法的基础上，结合作者多年从事测控领域教学与科研的实践，着重讲述基于虚拟仪器的测控技术。 本书共八章，包括四部分内容：（1）现代测控技术涉及的基础知识；（2）测控系统的软件设计；（3）测控系统开发平台的设计；（4）测试技术的发展。第一部分包括第1～3章，介绍了信号的采集与分析、仪器设备的接口总线等基础知识。信号的采集与分析包括时域和频域信号的测量方法、采样定理、信号的傅里叶及小波变换等内容。接口总线讲述了组建测控系统常用的IEEE 488、VXI、LXI等总线规范。第二部分包括第4章和第5章，介绍了测控系统软件设计的相关内容，包括系统的软件开发工具，虚拟仪器软件结构VISA、标准编程指令SCPI等软件标准规范，以及仪器驱动器的相关设计标准和方法等。第三部分即第6章，介绍了测控系统通用开发平台的设计，包括系统的硬件平台和软件平台，并结合工程实践给出一个开发平台设计实例。第四部分包括第7章和第8章，本书结合具体应用，对基于小波包分析和神经网络相结合的故障诊断方法和动态测试技术进行了深入讨论。 全书由柳爱利、周绍磊编著。其中第1～5章由柳爱利编写，第6～8章由周绍磊编写,柳爱利对全书进行了统稿。 本书在出版过程中，得到了电子工业出版社和曲昕编辑的大力支持，谨向他们表示深深的感谢。 本书在编写过程中，参考、引用了许多专家、学者的论著，在此一并表示衷心的感谢。 由于作者学识、水平有限，书中不足和疏漏在所难免，殷切希望读者批评指正。

目 录 第1章 概述 1 1.1 测控系统的体系结构 1 1.2 现代测控系统的特征 2 1.3 现代测控系统中的虚拟仪器 4 1.3.1 虚拟仪器的特点 4 1.3.2 虚拟仪器的总线形式 5 1.3.3 虚拟仪器的软件 6 1.4 本书的内容 7 第2章 信号采集与分析 8 2.1 引言 8 2.2 时域采样与时域采样定理 8 2.2.1 时域采样 8 2.2.2 时域采样定理 11 2.2.3 信号复原 12 2.3 信号处理中基本的数学变换 14 2.3.1 傅里叶级数 14 2.3.2 傅里叶变换 14 2.3.3 拉普拉斯变换 15 2.3.4 离散时间信号的傅里叶变换 15 2.3.5 离散傅里叶级数 16 2.3.6 Z变换 16 2.4 信号的频域分析 16 2.4.1 周期信号的谱分析 17 2.4.2 能量有限信号的频谱分析 18 2.4.3 功率有限信号的频谱分析 19 2.4.4 功率谱分析方法的有效性判别 21 2.4.5 经典谱分析与现代谱分析 22 2.4.6 ARMA模型分析方法 23 2.5 基于小波的信号处理 27 2.5.1 小波变换的基本概念 28 2.5.2 常用小波函数 29 2.5.3 小波包分析 30 2.6 信号滤波技术 32 2.6.1 连续时间信号的滤波 33 2.6.2 离散时间信号的滤波 33 2.6.3 连续时间信号的数字处理 34 2.6.4 均衡与补偿技术 35 2.6.5 插值与选抽滤波 36 2.6.6 频偏问题与希尔伯特变换 38 2.6.7 自适应滤波 40 2.6.8 通道串扰问题与解耦滤波 41 2.7 相关函数和相关检测 42 第3章 测控系统的接口总线 47 3.1 引言 47 3.2 RS-232C总线 48 3.2.1 接口信号 48 3.2.2 电气特性 49 3.2.3 RS-232C总线连接系统 49 3.3 IEEE 488总线 51 3.3.1 总线的主要特征 52 3.3.2 总线结构 52 3.3.3 接口功能 55 3.4 VXI总线 56 3.4.1 VXI标准体系结构 56 3.4.2 VXI总线的机械构造 58 3.4.3 VXI总线模块结构 59 3.4.4 VXI总线的系统机箱 59 3.4.5 VXI总线的电气结构 60 3.4.6 VXI总线控制方案 65 3.5 LXI总线 69 3.5.1 LXI总线系统的连接方式 69 3.5.2 LXI的网络相关协议 71 3.5.3 LXI的物理标准 72 3.5.4 LXI仪器的分类定义 73 3.5.5 LXI器件的触发 74 3.5.6 LXI仪器的界面 77 3.5.7 LXI的软件编程规范 78 第4章 测控系统的软件开发工具 81 4.1 引言 81 4.2 LabWindows/CVI编程使用 81 4.2.1 LabWindows/CVI简介 81 4.2.2 LabWindows/CVI编程中的概念 81 4.2.3 LabWindows/CVI环境下软件开发 82 4.2.4 LabWindows/CVI开发环境 83 4.3 LabWindows/CVI编程实例 85 4.4 CVI应用程序的发布 92 第5章 测控系统的软件标准 93 5.1 引言 93 5.2 虚拟仪器软件结构VISA 93 5.2.1 VISA简介 93 5.2.2 VISA的结构 94 5.2.3 VISA的特点 95 5.2.4 VISA的现状 96 5.2.5 VISA的应用举例 96 5.2.6 VISA资源描述 97 5.2.7 VISA事件的处理机制 98 5.3 可编程仪器标准命令SCPI 100 5.3.1 SCPI仪器模型 100 5.3.2 SCPI命令句法 101 5.3.3 常用SCPI命令简介 105 5.4 VPP仪器驱动程序 107 5.4.1 仪器驱动程序的特点 107 5.4.2 仪器驱动程序的结构模型 110 5.4.3 仪器驱动程序序功能面板 114 5.5 IVI仪器驱动程序 116 5.5.1 IVI规范及体系结构 116 5.5.2 开发IVI特定驱动程序 118 5.6 VPP仪器驱动程序设计实例 121 5.6.1 带操作软面板的虚拟仪器驱动器设计实例 121 5.6.2 带操作软面板的Agi33521A驱动器设计 122 5.6.3 Agi33521A驱动器的交互式接口设计 125 第6章 测控系统的开发平台 129 6.1 引言 129 6.2 测控计算机 130 6.3 仪器系统 130 6.3.1 测试功能 130 6.3.2 仪器系统的体系结构 131 6.3.3 供电 131 6.3.4 通用测试设备 131 6.3.5 专用测试设备 132 6.3.6 检测接口 132 6.3.7 接口适配器（TUA） 134 6.4 软件平台 134 6.4.1 软件平台的外部接口 134 6.4.2 软件平台功能描述 135 6.4.3 软件平台系统结构 136 第7章 动态测试技术 142 7.1 引言 142 7.2 动态测试的特点 142 7.3 系统动态特性的数学描述 143 7.3.1 连续系统的动态特性 143 7.3.2 离散系统的动态特性 144 7.4 系统的动态特性指标 145 7.4.1 系统的时域动态特性指标 145 7.4.2 系统的频域动态特性指标 145 7.5 动态测试信号的分析方法 146 7.6 系统故障特征向量的提取 146 7.6.1 故障特征提取 146 7.6.2 基于坐标变换的特征提取 149 7.6.3 基于信号变换的特征提取 150 7.7 动态测试实例 151 7.7.1 测试任务 151 7.7.2 测试方案 151 7.7.3 信号分析处理 153 第8章 测控系统中的故障诊断技术 157 8.1 引言 157 8.1.1 故障诊断的基本定义 157 8.1.2 故障诊断方法的分类 158 8.2 故障诊断的基本原理 159 8.3 故障诊断的故障树分析法 160 8.3.1 故障树分析法特点 160 8.3.2 故障树的建造 161 8.3.3 故障树定性分析 162 8.4 故障诊断专家系统 166 8.4.1 诊断专家系统概述 166 8.4.2 诊断专家系统的结构 166 8.4.3 故障诊断专家系统建立方法 167 8.4.4 专家系统的设计实现 171 8.4.5 传统故障诊断专家系统的局限性 172 8.5 基于神经网络的故障诊断 173 8.5.1 神经网络的基本原理 173 8.5.2 神经网络的故障诊断能力 176 8.5.3 小波包分析与神经网络的结合 176 参考文献 180