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分数阶Fourier变换在心电信号处理中的应用研究

作　者: 徐婷
导　师: 尚宇
学　校: 西安工业大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 分数阶Fourier变换心电信号自适应滤波混合编程 S3C2410开发平台
分类号: TN911.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着医疗服务信息化的快速发展,人们开始研究各类生物医学信号。心电信号作为一种典型的非平稳随机生物信号,具有易于检测和直观的特点,因此受到越来越多研究者的关注。本文结合分数阶Fourier变换对心电信号进行研究,设计出实时性好、收敛速度快和计算精度高的随机信号滤波算法。由于生物医学信号非常微弱,极易受到外界环境的干扰,且与噪声存在较强的时频耦合。因此在处理方法的选择上,既要结合心电信号的统计特性,又要能够有效去除时频耦合,传统的时频分析方法并不能保证滤波算法的有效性,而分数阶Fourier变换作为一种联合时间-频率的线性变换,能够将一维的时间或频率函数映射到时间-频率的二维函数,准确反映信号的能量随时间和频率的分布情况,且不存在交叉项干扰。因此将分数阶Fourier变换应用到心电信号滤波算法中,会有效提高算法效率。本文首先以单分量chirp信号为对象,分析了分数阶Fourier变换在信号处理中的滤波方法,并根据分数阶Fourier变换的时频聚焦特性,对含有5dB复高斯白噪声的单分量chirp信号进行滤波,仿真结果表明该算法可以将信噪比提高到12.006dB,根据对算法鲁棒性和收敛性的分析可知,该算法在处理单分量信号时收敛速度高、抗噪声性能好。在研究了自适应滤波算法之后,本文针对较为复杂的心电信号,利用分数阶Fourier变换的时频联合处理特性、阶数敏感性,提出基于分数阶Fourier域的LMS自适应滤波算法。通过对MIT-BIH中的"Arrhythmia Database"和"Noise stress Test Database"数据库进行MATLAB仿真,结果表明信噪比由1.05dB提高到28.249dB,均方误差为0.841。说明本算法具有较好的滤波效果,收敛速度快,具有较强的抗干扰能力。最后,在以ARM920T为处理器的S3C2410平台上实现了滤波算法,心电信号的特殊波形和特征点可以得到清晰的恢复。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-13
  1.1 课题研究的目的及意义  8
  1.2 心电信号产生的生理学机理  8-10
  1.3 心电信号处理的研究现状  10-11
  1.4 论文的主要研究内容  11-13
2 分数阶Fourier变换  13-33
  2.1 分数阶Fourier变换研究历史及意义  13-14
  2.2 分数阶Fourier变换定义  14-17
  2.3 分数阶Fourier变换在信号处理中的应用  17-26
    2.3.1 分数阶Fourier变换对chirp信号的滤波原理  17-19
    2.3.2 分数阶Fourier变换对chirp信号的滤波算法  19-22
    2.3.3 试验参数的选取  22-23
    2.3.4 算法鲁棒性检测  23-26
  2.4 自适应滤波算法  26-32
    2.4.1 最小均方误差算法  26-28
    2.4.2 一些改进的LMS算法  28-31
    2.4.3 期望响应的确定  31-32
  2.5 本章小结  32-33
3 分数阶Fourier域LMS算法在心电信号中的应用  33-49
  3.1 心电信号的分析及选择  33-36
  3.2 时域LMS算法仿真分析  36-39
    3.2.1 LMS算法参数的选取  37-38
    3.2.2 变步长LMS算法仿真分析  38-39
  3.3 变换域LMS算法仿真分析  39-44
    3.3.1 基于频域的LMS算法  39-42
    3.3.2 分数阶Fourier域LMS算法  42-44
  3.4 分数阶Fourier域LMS算法仿真  44-48
    3.4.1 最佳变换阶次的选取  44-45
    3.4.2 离散分数阶Fourier变换快速算法  45-46
    3.4.3 仿真结果分析  46-48
  3.5 本章小结  48-49
4 分数阶Fourier域LMS自适应滤波算法的ARM实现  49-63
  4.1 硬件环境  49-51
  4.2 开发应用程序的平台搭建  51-54
    4.2.1 构建基于MagicARM2410的Windows CE5.0  51-52
    4.2.2 开发流程  52-54
  4.3 混合编程  54-61
    4.3.1 混合编程的接口实现方法  54-56
    4.3.2 离散分数阶Fourier变换快速算法程序设计  56-58
    4.3.3 基于Matcom与com的联合编程  58-61
  4.4 人机界面  61-62
    4.4.1 目标信号的加载  61
    4.4.2 人机界面的编写  61
    4.4.3 新算法实验结果及分析  61-62
  4.5 本章小结  62-63
5 结论  63-66
  5.1 主要工作的总结  63-64
  5.2 进一步展望  64-66
参考文献  66-69
攻读硕士学位期间发表的论文  69-70
致谢  70-72

分数阶Fourier变换在心电信号处理中的应用研究

内容摘要

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