Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Измерительно-вычислительный комплекс для выделения слабых сигналов Пресняков, Сергей Владимирович

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Пресняков, Сергей Владимирович. Измерительно-вычислительный комплекс для выделения слабых сигналов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.11.16.- Пенза, 2000.- 236 с.: ил. РГБ ОД, 61 00-5/2816-7

Введение к работе

Актуальность темы. Проблема выделения сигнала из шума является одной из глобальных технических задач. Причем иногда отношение сигнал/шум меньше единицы. В данной работе предлагается решение задачи выделения сигнала из шума в условиях превышении шума над сигналом. Реализация разработанной методики показана на примере выделения биоэлектрического сигнала головного мозга - вызванного потенциала (ВП), который получается в ответ на предъявление кратковременных стимулов [вспышка света, звуковой щелчок, электрические импульсы). Техническая !адача выделения- сигнала из шума решалась в рамках темы по созданию измерительно - вычислительного комплекса (ИВК) для медацинских^исследо-юний.

В настоящее время методы борьбы с шумами разработаны достаточно сорошо. Однако, несмотря на это, существуют определенные трудности при «пользовании приемов, которые достаточно просто могут быть реализована при выделения сигналов от технических объектов, но практически нереа-шзуемы при решении задач выделения биоэлектрических сигналов. В дан-юм случае, возникает проблема, связанная с особенностями рассмотрения, іеловека как объекта исследований. Наличие нестационарности, связанной с тсодом параметров сигнала с течением времени при длительном обследова-іии пациента - отличительная черта большинства сигналов, с которыми при-:одится работать при медицинских исследованиях. Кроме того, наличие ар-ефактов обычно превосходящих амплитуду регистрируемых сигналов ска-ывается на специфике выделения информативной составляющей-сигнала.

При регистрации ВП возникает дополнительная проблема связанная с его ильным зашумлением (отношение сигнал/шум в решаемой задаче порядка -О дБ). Поэтому в настоящее время возможно получать лишь сильно усред-енный сигнал, лишенный индивидуальных признаков. Кроме того, необ-одимо длительное проведение обследования.

Технологические приемы, связанные с построением схем на малошумя-іих элементах в данном случае уже практически исчерпаны. Это объясняет-я особенностью формирования сигнала ВП. Поэтому выход из сложившего-я положения видится в разработке.алгоритмических способов качественно-э подавления шума. Реализация многих методов математической обработки чгналов возможна лишь с использованием быстродействующих ЭВМ. Во ногих случаях компьютеры стали элементом измерительной установки, :уществляя, таким образом, совмещение процесса измерения, обработки и іравления вспомогательным оборудованием.

Таким образом, разработка ИВК является перспективным направлением ^следований. Особенно актуальной является задача создания ИВК для ме-

дицинских исследований т.к. медицина в первую очередь касается каждого из нас.

Так как организм представляет собой сложноорганизованную систему, где все органы действуют совместно друг с другом, то целесообразно проводить научные исследования, одновременно рассматривая параметры работы различных систем организма. В связи с чем весьма актуальной является задача создания многоканального и многофункционального ИВК для исследования биоэлектрических сигналов.

В последнее время в лечебных учреждениях начали широко применять электромагнитные (ЭМ) методы лечения различных заболеваний. Особую роль здесь играют низкоинтенсивные ЭМ волны в миллиметровом диапазоне (миллиметровая или КВЧ-терапия).. Эффективность КВЧ-терапии не уступает, а в ряде случаев выше медикаментозных методов. Однако, в настоящее время, еще не до конца изучено влияние параметров излучения на организм человека. Поэтому разработка ИВК сочетающих в себе современные методы обработки данных и позволяющих исследовать различные виды терапевтических воздействий в настоящее время является актуальной задачей.

Целью данной работы является совершенствование методов выделения
сигналов на фоне превосходящих шумов и создание по результатам работы
ИВК для научных исследований. ,

Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

]) проанализировать известные методы выделения сигнала из шума и определить наиболее эффективные из них для выделения слабых биоэлектрических сигналов;

2). разработать способ выделения сигнала из шума при превышении уровня помехи над сигналом, позволяющего улучшить выделение индивидуальных признаков информационного сигнала путем более эффективного подавления шума;

  1. разработать методику определения.реакций сложной биоэнергетической системы на воздействия сигналов подпороговой интенсивности;

  2. разработать способ, позволяющий корректно сравнивать несколько' серий экспериментов, длительных по времени, в условиях постоянно меняющегося состояния исследуемой системы;

  3. разработать и создать ИВК для научных исследований и программное обеспечение к нему;

Методы исследования. В работе использовались основные положения ли- _ нейной теории предсказания, рекуррентные алгоритмы оценивания параметров сигнала, регрессионный анализ, математическая статистика, дифференциальное и интегральное исчисление, элементы матричной алгебры, имитационное моделирование. Моделировгаше проводилось с применением про-

граммного продукта Electronics Workbench. Программирование для обеспечения работоспособности комплекса осуществлялось в интегрированных средах Turbo Pascal, Turbo Vision и Delphi. Результаты исследований анализировались с использованием пакета прикладных программ Mead.

Научная новизна. В работе получены следующие научные результаты:

  1. разработана методика выделения сигнала из шума, основанный на учете фазовых соотношений усредняемых интервалов и. позволяющий более эффективно по сравнению с традиционными способами подавлять шумовую компоненту регистрируемого сигнала;

  2. предложена методика прогнозирования развития сигнала основанная на статистической структуре организации его основных,ритмов и позволяющая снизить трудоемкость прогнозирования поведения сигнала;. \

  3. разработана методика косвенной оценки действия сигналов подпоро-говой интенсивности, основанная на анализе изменения компонент состав-пяющих сигналов, полученных в результате формирования последовательности данных на основе пересекающихся выборок;

  4. на основании проведенных экспериментальных исследований биоэлектрических процессов при информационном воздействии электромагнитным излучением (ЭМИ) миллиметрового диапазона предложен способ по-, сального воздействия КВЧ ЭМИ несколькими частотами одновременно;

  5. разработан и изготовлен ИВК, осуществляющий сбор информации, юстэкспериментальиую обработку интересующих сигналов и адаптивное отравление периферийным оборудованием ориентируясь на результаты магматической обработки полученные данных, осуществляемой в реальном іасштабе времени.

Практическую ценность работы составляют: *

  1. разработанный ИВК, алгоритм его работы и соответствующее программное обеспечение к нему;

  2. методика выделения сигнала из шума;

  3. методика прогнозирования сигнала; .

  4. методика оценки подпороговых воздействий на основе косвенных измерений; .

  5. методика проведения эксперимента для корректного сравнения влияния нескольких возмущающих воздействий в условиях изменчивости объекта исследования;

  6. устройство одновременного локального'облучения КВЧ ЭМИ генераторами различных частот:

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты док-иывались и обсуждались на Всероссийской межвузовской научно-чнкческой конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и іфорчатика - 99» (г. Зеленоград, 1999); .Международной научно-

технической конференции «Методы и средства измерения в системах контроля и управления» (г. Пенза, 1999); Международной конференции «Радиоэлектроника в медицинской диагностике» (г. Москва, 1999).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы 7 печатных работ, из них 1 статья в центральной печати. Кроме тбго, принято положительное решение по заявке на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников из 128 наименований и 2 приложений. Общий объем работы составляет 237 страниц машинописного текста и включает в себя 72 рисунка и 3 таблицы, в том числе 52 страницы приложений.