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现代电子技术2025年第10期:基于自适应卡尔曼滤波的生理电信号降噪方法

来源:期刊VIP网 时间:


作者:姜言冰;姚颖闻;梁兰;林林;

单位:广东医科大学生物医学工程学院;东莞市医学电子与医学影像设备重点实验室;

摘要:在生理电信号的测量过程中,目标信号往往会受到各种噪声干扰,包括外界的电磁场干扰和内部的其他生理电信号干扰,其中最严重的是工频干扰。这些噪声干扰会给生理电信号的分析和处理带来极大不便,为此,提出一种基于自适应卡尔曼滤波的降噪方法,以消除生理电信号中混入的工频等噪声干扰。充分利用自适应滤波在动态权重调整方面的优势以及卡尔曼滤波在状态估计方面的准确性,精确地识别并处理目标信号和噪声。通过处理在普通实验环境中采集到的心电信号、眨眼眼电信号和肌电信号,并观察算法处理前后的时域波形和频谱,来检验自适应卡尔曼滤波器为生理电信号降噪的有效性。结果表明:所设计的自适应卡尔曼滤波可以有效消除工频(包括基频及谐波分量)等噪声干扰,使目标信号变得更加清晰干净,且不损坏目标信号的有用成分,其中在50 Hz处的频谱值平均降幅不低于49.31 dB。文中的自适应卡尔曼滤波算法仅需调整部分参数便可适用于多种不同的生理电信号,能有效滤除原始信号中混入的工频及其他噪声干扰,降噪性能稳定且计算复杂度较低,这为生理电信号的分析和处理提供了一种更为有效的解决方案。

关键词:自适应滤波;;卡尔曼滤波;;生理电信号;;眼电信号;;工频干扰;;降噪

基金资助:2023年度广东医科大学博士学位人员科研启动基金(GDMUB2023004);; 广东医科大学学科建设项目(4SG21018G)