微弱信号检测概要.ppt

脉象微弱信号检测 概述 微弱信号是相对背景噪声而言，其信号幅度的绝对值很小、信噪比很低（远小于1）的一类信号 微弱信号检测的任务是采用电子学、信息论、计算机及物理学、数学的方法，分析噪声产生的原因和规律，研究被测信号的特点与相关性，对被噪声淹没的微弱有用信号进行提取和测量 微弱信号检测的目的是从噪声中提取出有用信号，或用一些新技术和新方法来提高检测系统输入输出信号的信噪比 噪声 噪声是对有用信号的某种不期望的扰动，包括非被测信号或非测量系统所引起的噪声和来自于被测对象、传感器、测量系统内部的噪声两种情况 噪声是一种连续型随机变量，在不同时刻可能出现不同的噪声值 脉象信号预处理 1在生物医学信号检测技术中，大多数生理信号是极其微弱的(μV级或mV级)，从人体体表采集 的脉象信号是mV级信号，主要的频率范围小于40Hz，一般在10Hz以下。 2 由于脉象仪使用环境的复杂和被测量者的活动，脉象仪采集的脉象信号将会受到多种干扰，具有较强的随机性和背景噪声，而且属于非线性、非平稳的微弱信号。相对被测信号而言，环境干扰往往很大。 3 这些干扰主要是交流电引起的工频干扰、肌电干扰、人体的微动与电极接触不良引起的电极接触噪声、运动伪迹(基线变化)和由于呼吸引起的基线漂移。消除脉象信号中多种干扰是进一步进行脉象信号的识别和分析处理的前提。 结束 返回 脉象信号扰动消除效果（二） 结束 返回 对信号施加50Hz工频干扰的预处理结果 1.噪声的概率分布 噪声电压在t时刻的大小，用概率分布密度函数p(n)来表示，p(n)表示噪声电压在t时刻取值为n的概率 噪声的相关函数 噪声的自相关函数 噪声的互相关函数 　微弱信号检测方法 15.3.1　相关检测法 所谓相关检测就是利用信号周期性和噪声随机性的特点，通过自相关或互相关函数值的计算，达到从噪声中检测出微弱信号目的的一种技术 相关检测分为自相关检测和互相关检测两种情形 （1）自相关检测 自相关检测原理 （2）互相关检测 互相关检测原理框图 相干检测原理 ①输入只有信号、没有噪声时 ②输入只有噪声、没有信号时 ③当输入中同时有信号和噪声时，输出则为上面两个结果之和；由②知，当积分时间足够长时，可实现噪声抑制，检测出被测有用信号 锁相放大器 　同步积累法 同步积累法是基于信号的稳定性和噪声的随机性，当信号多次重复时，由于信号周期性的重复，噪声却不具有这个特性，这样，每个周期的信号受到的干扰不同，在接收端就会收到不同畸变的信号，对畸变信号进行多次对照就可识别出信号的原形。 信号重复的次数越多，接收机输出的信号就越接近原始信号，信噪比越高，即系统抑制噪声的能力越强 同步积累器的工作原理 设信号是一串周期窄脉冲，检测时可把信号通路接到一个分配器上，分配器的每一个输出都接到一个积累器，工作时信号通路被分配器轮流地接到不同的积累器上 假设分配器的工作周期和信号的重复周期相同，并设分配器从一个出路到另一个出路的切换时间可以忽略，则分配器的工作周期被分割成若干个时间区间（取决于积累器的个数），在每次信号到来的那个时间区间都能保证通路恰好接到同一个积累器上，所以这种方法称为同步积累 只要重复的次数足够多，基于同步积累法就可以把噪声中的微弱信号提取出来，而且重复的次数越多，提取微弱信号的能力越强 同步积分器 取样积分器 数字多点平均器 在生物医学信号检测技术中，大多数生理信号是极其微弱的(μV级或mV级)，相对被测信号而言，环境干扰往往很大。从人体体表采集的脉象信号是mV级信号，主要的频率范围 40Hz，一般在10Hz以下。由于脉象仪使用环境的复杂和被测量者活动，脉象仪采集的脉象信号将会受到多种干扰，具有较强的随机性和背景噪声，而且属于非线性、非平稳的微弱信号。这些干扰主要是交流电引起的工频干扰、肌电干扰、人体的微动与电极接触不良引起的电极接触噪声、运动伪迹(基线变化)和由于呼吸引起的基线漂移，因此消除脉象信号中多种干扰是进一步进行脉象信号的识别和分析处理的前提。 传统的建立在傅立叶变换基础上的滤波方法在提高信噪比和提高空间分辨率两项指标上存在矛盾。低通滤波固然能平滑抑制噪声，但同时也会把信号中的边缘变模糊。高通滤波可以使边缘更加陡峭，但背景噪声同时也被加强。此外相干平均也是滤除噪声常用的手段，但需要时间较长，不能作动态提取，而且当各次记录中的信号没有对齐时处理结果也会产生低通模糊，与之相比，基于小波变换的多分辨率滤波技术有明显优点。 小波变换是一种信号的分析方法，它具有多分辨率分析的特点，而且在时频两域都具有表征信号局部特征的能力。 基于小波变换的多分辨率滤波技术有明显优点。小波变换可用来提取和识别那些淹没在噪声中