淮阴工学院公选课结课论文作者:学号：学院:经济管理学院专业:信息管理与信息系统题目:基于Java与MATLAB集成的数字通信原理虚拟实验平台的设计与实现2014年11月1绪论1.1研究背景1989年,美国Virginia大学的钻ilialnwulf教授提出了“虚拟实验室”【1】的概念也称为“合作实验室(cof一Laboratory)”,它用来描述一个计算机网络化的虚拟实验环境。它致力于构筑一个综合不同工具和技术的电子化、网络化的科学研究集成环境。在这个环境里,科学家们可以非常有效地利用地理上分布的各种资源(数据、信息、设备、人力)来从事科研活动。wulf形象地把虚拟实验室称为“无墙的研究中心”【2】。所谓虚拟实验室就是以计算机网络为核心,将虚拟仪器通过网络连接起来,以实现数据采集、分析、远程操作的一个系统。它主要具有如下特点:(1)虚拟实验室具有开放性、直观性。利用虚拟实验室,通过网络能实现远程异地为学习者实时或跨地域地提供图文、音像并茂且丰富多彩的人机界面,配合先进的传感测试技术,利用计算机的模拟功能、动画效果实现缓慢过程的快速化或快速过程的缓慢化,并把误操作后可能产生的报废或爆炸情况模拟地显示出来,对有毒有害、污染环境和破坏性实验,也可以在虚拟实验室内完成,实现经济效益和社会效益的双赢。(2)虚拟实验室更新快捷,易于扩充维护,操作方便。当今社会一方面是科学技术的飞速发展,新技术、新设备、新工艺不断出现,加快了仪器设备的更新换代;另一方面高等教育经费与日益扩大的招生规模相比相对不足,难以大量购买高、新、尖仪器设备,教学多只能演示,难以满足实验教学科研的需要。而虚拟实验室可随时开放,反复实践,满足学生的求知欲,提高动手能力。(3)虚拟实验室可降低经费成本,提高教学科研效益。虚拟实验室的建立能有效降低耐用品的消耗量,避免设备的重复购置,提高教学科研效益。虚拟实验室操作方便,不受实验条件的影响,没有实验时间的限制,灵活方便可移植,充分实现资源共享。随着Intemet的发展,虚拟实验室呈现出网络化的趋势,即在客户端不需要任何的安装和维护工作,可直接通过网络访问远程的虚拟实验室,这种实现方式代表着当前虚拟实验室研究发展的一个新的方向[3]。1.2课题的研究现状国内外有很多组织都已经开展了虚拟实验系统的研究和建设工作,特别是在一些著名的大学和虚拟实验室中,已经建好并投入使用的虚拟实验系统也不少。新加坡国立大学建立的网络虚拟实验室【4】,利用了JavaAPplet来控制远程硬件实验设备。美国亚利桑那州立大学采用JavaAPPlet技术开发的数字信号处理编辑器J一Dap[5],可以让用户通过,web浏览器实现跨平台访问。与西方发达国家相比,国内在虚拟实验方面开展的工作还不多。德国Ruhr大学网络虚拟实验室。该实验室是一个有关控制工程的学习系统,它通过直观的三维实验场景视觉效果,依赖各虚拟实验设备的仿真特性,实现对虚拟实验的交互式操作[6]。目前从网上可查到的信息和各院校开放的对外服务看,国内清华大学、北京大学、上海交通大学、华南理工大学、中南大学等高校己陆续在网上设立了自己的电子教室。其中有少数电子教室提供了有限的虚拟实验服务,如中南大学信息科学与工程学院建立了一个数字图像处理网上虚拟实验室[7],学生可以通过联网计算机终端来进行仿真实验。华中科技大学机械学院建立的工程测试网上虚拟实验室,学生可以通过联网计算机终端来进行仿真实验。上海电视大学的虚拟炒股和虚拟法庭网上实验室也是一个很好的例子。中央广播电视大学远程教育学院建设的虚拟校园采用基于Intemet的类游戏图形引擎,在此基础上,将网络学院的诸多具体功能整合在图形引擎中,突破了目前对虚拟校园的应用仅仅停留在校园一般性浏览的应用上,并作为基础平台进行大规模应用,取得了较好的效果,这种基于虚拟校园的思想搭建远程教育基础平台,并以学员为中心,构想一些实际的教学功能,在虚拟校园的应用方面进行了有益的尝试[8]文献描述了虚拟生物学实验室的设计与开发,该系统是以JavaApPlet作为客户端,以JavaBean的形式实现实验组件,用XML来描述应用和实验数据;文献[巧]提出的基于Internet虚拟实验室平台是以Java语言实现的,客户端是JavaApPlet,设备组件由JavaBean实现。该实验室以组件的方式提供具体的仪器设备,用户可视化地定制自己的实验流程。这些虚拟实验环境有着组件重用、平台独立、可扩充性等特点。但这些虚拟环境的开发普遍存在着开发周期较长、组件实现工作量大等缺陷。因此,人们尝试着将Java与其他软件集成来解决当前存在的问题。1.3虚拟实验平台中基于Java与MATLAB集成开发的提出由于虚拟实验平台上组件开发存在一些难点