摘 要：本文結合LabVIEW虛擬儀器開發平臺和MATLAB軟件強大的數值分析功能的優點，利用LabVIEW和MATLAB混合編程技術應用于水聲信號處理，該方法既能提供良好的計算機用戶圖形界面，又具有很強的水聲信號處理能力，仿真結果表明了該方法的有效性。 關鍵詞：LabVIEW MATLAB 水聲信號處理 MATLAB Script節點法 引 言 　　水聲信號處理是海洋及信息處理領域研究最為活躍的學科之一，它在海洋勘探、水聲定位、水下機器人等方面應用十分廣泛，但是隨著海洋開發、信息科學技術的高速發展，對水聲信號處理的要求越來越高。良好的人機交互界面、計算機圖形化顯示以及強大的數據處理分析能力，成為目前水聲信號處理領域的研究趨勢。為此，本文利用LabVIEW和MATLAB混合編程技術應用于水聲信號處理，既能提供良好的計算機圖形化界面，又具有強大的數據處理分析能力，實驗仿真結果表明了該方法的有效性。 1 LabVIEW語言和MATLAB軟件概述 　　LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實驗室虛擬儀器工作平臺）是美國National Instruments公司推出的虛擬儀器開發平臺軟件，是一種非常優秀的面向對象的圖形化編程語言，用于快速創建測試、測量和控制應用程序。以其強大的數據采集、數據處理、數據分析和儀器控制功能在現代測控領域中得到了廣泛的應用。它具有如下優點：提供各種接口總線和常用儀器的驅動程序，用戶可將其與測量硬件連接，方便地完成信號數據采集、信號分析、數據存儲以及數據處理等許多通常的任務;可以很方便的創造一個交互式的系統控制界面，從而使各種信號的采集和處理開發更加人性化，因為其外形和操作可以模擬實際的儀器。雖然LabVIEW 對于一般信號的分析處理比較方便，內置了許多用于分析測量數據的函數，能夠勝任大多數測量任務，但是其本身也存在不足，如不能完全提供用戶所需要的驅動程序和調用系統程序實現底層操作，不擅長于完成大量數據處理的任務。因此對于一些虛擬儀器中需要進行大量數據運算處理的復雜應用，僅僅用LabVIEW就顯得有些力不從心。 　　MATLAB軟件為幾乎所有的工程計算領域提供了準確、高效的多種功能的工具箱，在信號和圖像處理等領域具有無可比擬的優勢。它針對許多領域開發了模塊：如信號處理、數據庫接口、神經網絡、小波分析、圖像處理等。MATLAB以其強大的科學計算功能、大量穩定可靠的算法庫、編程效率高等特點已成為數學計算工具方面事實上的標準。 　　因此結合上述兩者的優點，可以通過LabVIEW程序接口函數來調用其它各種應用程序和MATLAB軟件中強大的數據處理軟件包，這樣結合可以使軟件平臺具有更強的數據處理能力，對于單獨運用MALTLAB和虛擬儀器進行大量數據運算處理所解決不了的問題就迎刃而解了。 2 LabVIEW和MATLAB混合編程在水聲信號處理中的應用 　　本文主要研究LabVIEW和MATLAB混合編程技術應用于水聲信號提取，通過對雜波等背景噪聲的消除來達到特征信號提取的目的。 　　2.1 LabVIEW和MATLAB混合編程設計 　　利用LabVIEW 內置的許多用于分析測量數據的函數對信號進行一般的分析處理。如圖1所示為用LabVIEW7.1編寫好的包括巴特沃斯、切比雪夫、橢圓濾波器的程序框圖。 [align=center] 圖1 濾波器程序框圖[/align] 　　在水聲信號的處理技術中，因水下環境的復雜性，目標信息往往淹沒在各種各樣的干擾背景中。僅僅用LabVIEW語言編程處理達不到很好的效果，但是LabVIEW可以通過其程序接口函數來調用其它的各種應用程序和軟件，在LabVIEW中調用MATLAB下編好的小波消噪程序。其中，調用方式有好幾種，可以使用DLL、ActiveX、MATLAB Script節點法等，這里用MATLAB Script節點法，因為使用MATLAB Script節點法快捷方便，該方法具有多輸入、多輸出的特點，一次處理的信息量可以很大。而且MATLAB程序可以直接輸入節點中，也可以先在MATLAB下調試，無誤后再導入到MATLAB Script節點中。 　　LabVIEW7.1提供的MATLAB Script節點通過選擇All Functions >>Analyze >>Mathematics >>Formula >>MATLAB Script,就將該節點添加到流程圖中。先添加輸入變量xx和x,變量類型分別為RealVector和Real,添加輸出變量xd,變量類型為RealVector，然后將MATLAB小波工具箱中的函數WDEN（）寫入節點內,該函數可直接對一維信號進行噪聲消除,其調用格式為[XD,CXD,LXD]=WDEN（X,TPTR,SORH,SCAL,N,‘wname’）,其中N為小波分解的層數,這里設置為8。wname指定分解時所用的小波。運行LabVIEW執行該節點，則同時啟動一個MATLAB進程。 　　2.2 處理實例 　　圖2和圖3為通過MATLAB Script節點調用MATLAB程序的前面板和程序處理界面圖。MATLAB Script節點實際上是通過ActiveX控件與MATLAB Server進行通信的.調用MATLAB函數或命令,實質是將MATLAB當作一個ActiveX服務器并建立ActiveX通道,然后將這個函數或命令通過ActiveX通道發給MATLAB,由MATLAB在后臺執行,所以在計算機中必須安裝有MATLAB。 [align=center] 圖2 通過MATLAB Script節點調用MATLAB程序[/align] [align=center] 圖3 通過MATLAB Script節點調用MATLAB程序前面板[/align] 　　但是，這里有兩點值得注意的是：①MATLAB Script節點對輸入、輸出數據的類型有明確的要求。LabVIEW和MATLAB之間的數據通信僅支持Real、RealVector、RealMatrix、Complex、VectorComplex、Matrix六種格式的數據，且必須根據具體情況進行選擇。只有LabVIEW中的數據類型與MATLAB中的數據型相匹配，才能進行數據傳輸。②用該方法實現LabVIEW與MATLAB的混合編程的缺點是沒有脫離MATLAB的環境,而只是將它在后臺執行。 結 論 　　LabVIEW是當今運用非常廣泛的虛擬儀器開發平臺軟件，MATLAB則是具有強大數值分析功能的計算機語言，本文揚長避短地將LabVIEW和MATLAB混合編程技術應用于水聲信號處理，以達到更好的處理效果。本文的創新點是：本文研究LabVIEW和MATLAB混合編程技術，并將其應用于水聲信號處理中，編程達到了好的處理效果。 參考文獻 　　[1] 侯國平、王坤、葉齊鑫編著. LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設計. 清華大學出版社[M]. 2005.2 　　[2] 飛思科技產品研發中心編著. MATLAB7輔助信號處理技術與應用[M]. 2005 　　[3] 昝淘等. LabVIEW中人工神經網絡計算的實現與應用. 微計算機信息[J]. 2006年第22卷. P122～123 　　[4] Using LabVIEW for the design and control of digital signal processing systems Simulation of the ultra slow extraction at COSY. Heinrichs, G.; Rongen, H.; Jamal, R. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment Volume: 352, Issue: 1-2, 　　[5] 陳宵雅、金心宇. 結合MATLAB的虛擬儀器技術在諧波測量系統中的應用[J]. 電測與儀表. 2005.4 p23～26