近年来,随着在线教育模式的应用与发展,虚拟实验仿真教学受到越来越多的关注。为保证交互信号的有效性,本文在概述极化编译码原理的基础上,针对置信（BP）译码,提出了一种基于循环冗余校验（CRC）的提前终止迭代算法,降低系统响应时延提高有效性。同时,虚拟实验系统通过硬件功能的软件虚拟化实现来灵活搭配组件、开展仪器开发和实验教学。然而,该系统中的虚拟示波系统在无线联网传输中受干扰严重,可靠性差,针对该问题,采用频谱校正等方案来抑制误差,建立了具有高可靠性能的虚拟实验仿真模型。另外,传统实验设计与实验模拟相结合的技术存在操作困难、延展性较差等问题,对此,本文通过Agent理论以及面向对象操作技术,建立了具有良好复用性、完备性和可延展性的虚拟示波器仿真模型。本文完成的主要内容如下:1.针对虚拟示波系统无线联网传输时延高,响应速度慢等有效性问题,开展高有效译码算法的极化码研究。基于传统极化码BP译码算法,提出了一种新型的基于辅助CRC冻结比特的BP译码提前终止迭代算法。冻结比特BER算法利用冻结比特平均错误概率收敛趋势与信息比特收敛趋势一致的特点,通过在接收端判断冻结比特平均错误概率收敛与否来决定迭代的终止。另外,在冻结比特BER算法上进一步增加CRC,在译码过程中通过校验判决来提前终止迭代,可进一步降低译码时延。仿真表明:该新型算法可较好地实现提前终止迭代的目的,且采用CRC辅助的冻结比特BER算法性能优于不采用CRC辅助的性能。当信噪比较高时,在译码性能相同的情况下,辅助CRC冻结比特的BP译码提前终止迭代算法减少了约80%的BP译码迭代次数,极大降低系统时延,提高译码效率。2.针对虚拟示波系统无线联网传输干扰严重可靠性差的问题,提出了一种基于快速傅里叶变换（FFT）的离散频谱校正方案以及带时间戳的移动平均防脉冲干扰信号滤波分析算法。通过归一化频率误差对干扰进行抑制来得到校正幅值和校正相位,在剔除较差测量值的情况下,采用测量均值来代替被测量可提高测量精度。另外,还对基于长短时记忆（LSTM）网络的噪声信号预测模块进行设计。仿真表明:在信号测量范围为[1Hz,100k Hz]内,校正后幅值误差最低可达到0.99%,且最低频率误差仅有0.0023%。3.针对虚拟示波系统中虚拟示波器价格昂贵、扩展性较差等一系列问题,研制了一种低成本、功能可扩展的虚拟示波器。采用压缩传感信号处理技术,将意法半导体的32位系列微控制器芯片、现场可编程门阵列等模块与微机相结合。仿真表明:该虚拟示波器具有50MB带宽、100MS/s采样速率,在具备传统示波器的波形显示与测量功能的同时,还具备信号发生器、频谱分析、幅频测量等灵活可编程的软件扩展功能。与现有虚拟示波器相比,其功能多、成本低、扩展性强,并且便于携带。本文主要研究了面向对象的虚拟实验系统的仿真设计,并通过功能模块的软件化实现进行针对信号处理虚拟实验示波系统的开发,包括虚拟实验的的极化码结构优化、抗干扰滤波技术分析和虚拟器件模块改良等。其中,基于极化码的提前终止迭代译码算法,极大提高了系统响应时延,使其同时具有高可靠,高有效以及低复杂三种特性,十分适合应用于虚拟示波器实验系统中。