心磁信号广义S变换域奇异值分解滤波方法

尹柏强; 何怡刚; 吴先明

doi:10.7498/aps.62.148702

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心磁信号广义S变换域奇异值分解滤波方法

尹柏强 , 何怡刚 , 吴先明

心磁信号广义S变换域奇异值分解滤波方法

尹柏强, 何怡刚, 吴先明

物理学报. 2013, 62(14): 148702.

doi: 10.7498/aps.62.148702.

摘要

针对心磁信号工频及背景噪声干扰问题, 提出了广义S变换奇异值分解(singular value decomposition, SVD)滤波方法.在离散S变换基础上, 导出了广义矩阵S变换和逆变换公式. 通过对采样信号进行广义S变换, 调节时频分辨率, 利用SVD分解方法确定有效心磁信号区域, 实现自适应时频滤波. 实验结果表明, 该方法能有效滤除工频及背景噪声干扰, 且在较少奇异值个数情况下可获得更好的滤波性能.

关键词:

作者及机构信息

1.
湖南大学电气与信息工程学院, 长沙 410082;

2.
合肥工业大学电气与自动化工程学院, 合肥 230009

基金项目: 国家杰出青年基金(批准号: 50925727);国家自然科学基金(批准号: 51107034);国防科技计划项目(批准号: C1120110004, 9140A27020211DZ5102); 教育部科学技术研究重大项目(批准号: 313018);湖南省科技计划项目(批准号: 2011J4, 2011JK2023, 12JJA004)和湖南省教育厅科学研究项目(批准号: 11C0479)资助的课题.

参考文献

[1]	Shen W, Wang J 2011 Acta Phys. Sin. 60 118702 (in Chinese) [沈韡, 王俊 2011 物理学报 60 118702]
[2]	Bian C H, Ning X B 2004 Chin. Phys. 13 633
[3]	Liu X Y, Xie F X, Meng S C, Ma P, Yang T, Nie R J, Wang S Z, Wang F R, Dai Y D 2003 Acta Phys. Sin. 52 2580 (in Chinese) [刘新元, 谢飞翔, 孟树超, 马平, 杨涛, 聂瑞娟, 王守证, 王福仁, 戴远东 2003 物理学报 52 2580]
[4]	Wikswo J P 1995 IEEE Trans. Appl. Superconduct. 5 74
[5]	Zhao L, Chen G H, Zhang L H, Huang X G, Zhai G J, Li J W, Tang Y L, Feng J 2004 Acta Phys. Sin. 53 4420 (in Chinese) [赵莉, 陈赓华, 张利华, 黄旭光, 翟光杰, 李俊文, 汤玉林, 冯稷2004 物理学报 53 4420]
[6]	Bai Y, Liu X Y, He D W, Ru H Y, Qi L, Ji M B, Zhao W, Xie F X, Nie R J, Ma P, Dai Y D, Wang F R 2006 Acta Phys. Sin. 55 2651 (in Chinese) [白云, 刘新元, 何定武, 汝鸿羽, 齐亮, 季敏标, 赵巍, 谢飞翔, 聂瑞娟, 马平, 戴远东, 王福仁 2006 物理学报 55 2651]
[7]	Zhao L, Feng J, Zhai G J, Zhai G J, Zhang L H 2005 Acta Phys. Sin. 54 1993 (in Chinese) [赵莉, 冯稷, 翟光杰, 张利华 2005 物理学报 54 1993]
[8]	Stockwell R G, Mansina L, Lowe R P 1996 IEEE Trans. Signal Proc. 44 998
[9]	Gao J H, Chen W C, Li Y M, Tian F 2003 Chin. J. Geophys. 46 526 (in Chinese) [高静怀, 陈文超, 李幼铭, 田芳 2003 地球物理学报 46 526]
[10]	Schimmel M, Gallart J 2005 IEEE Trans. Signal Proc. 53 4417
[11]	Pei S C, Wang P W 2010 IEEE Trans. Signal Proc. 58 3557
[12]	Chen X H, He Z H, Huang D J 2008 Signal Proc. 24 28 (in Chinese) [陈学华, 贺振华, 黄德济 2008 信号处理 24 28]
[13]	Ventosa S, Simon C, Schimmel M, Danobeitia J J, Manuel A 2008 IEEE Trans. Signal Proc. 56 2771
[14]	Zhao S H, Wang X 2007 Northwestren Seismological Journal 29 224 (in Chinese) [赵淑红, 王璇 2007 西北地震学报 29 224]

施引文献

[1]	Shen W, Wang J 2011 Acta Phys. Sin. 60 118702 (in Chinese) [沈韡, 王俊 2011 物理学报 60 118702]
[2]	Bian C H, Ning X B 2004 Chin. Phys. 13 633
[3]	Liu X Y, Xie F X, Meng S C, Ma P, Yang T, Nie R J, Wang S Z, Wang F R, Dai Y D 2003 Acta Phys. Sin. 52 2580 (in Chinese) [刘新元, 谢飞翔, 孟树超, 马平, 杨涛, 聂瑞娟, 王守证, 王福仁, 戴远东 2003 物理学报 52 2580]
[4]	Wikswo J P 1995 IEEE Trans. Appl. Superconduct. 5 74
[5]	Zhao L, Chen G H, Zhang L H, Huang X G, Zhai G J, Li J W, Tang Y L, Feng J 2004 Acta Phys. Sin. 53 4420 (in Chinese) [赵莉, 陈赓华, 张利华, 黄旭光, 翟光杰, 李俊文, 汤玉林, 冯稷2004 物理学报 53 4420]
[6]	Bai Y, Liu X Y, He D W, Ru H Y, Qi L, Ji M B, Zhao W, Xie F X, Nie R J, Ma P, Dai Y D, Wang F R 2006 Acta Phys. Sin. 55 2651 (in Chinese) [白云, 刘新元, 何定武, 汝鸿羽, 齐亮, 季敏标, 赵巍, 谢飞翔, 聂瑞娟, 马平, 戴远东, 王福仁 2006 物理学报 55 2651]
[7]	Zhao L, Feng J, Zhai G J, Zhai G J, Zhang L H 2005 Acta Phys. Sin. 54 1993 (in Chinese) [赵莉, 冯稷, 翟光杰, 张利华 2005 物理学报 54 1993]
[8]	Stockwell R G, Mansina L, Lowe R P 1996 IEEE Trans. Signal Proc. 44 998
[9]	Gao J H, Chen W C, Li Y M, Tian F 2003 Chin. J. Geophys. 46 526 (in Chinese) [高静怀, 陈文超, 李幼铭, 田芳 2003 地球物理学报 46 526]
[10]	Schimmel M, Gallart J 2005 IEEE Trans. Signal Proc. 53 4417
[11]	Pei S C, Wang P W 2010 IEEE Trans. Signal Proc. 58 3557
[12]	Chen X H, He Z H, Huang D J 2008 Signal Proc. 24 28 (in Chinese) [陈学华, 贺振华, 黄德济 2008 信号处理 24 28]
[13]	Ventosa S, Simon C, Schimmel M, Danobeitia J J, Manuel A 2008 IEEE Trans. Signal Proc. 56 2771
[14]	Zhao S H, Wang X 2007 Northwestren Seismological Journal 29 224 (in Chinese) [赵淑红, 王璇 2007 西北地震学报 29 224]

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物理学报. 2013, 62(14): 148702.

doi: 10.7498/aps.62.148702.

心磁信号广义S变换域奇异值分解滤波方法

1. 湖南大学电气与信息工程学院, 长沙 410082;
2. 合肥工业大学电气与自动化工程学院, 合肥 230009

基金项目:

国家杰出青年基金(批准号: 50925727)

国家自然科学基金(批准号: 51107034)

国防科技计划项目(批准号: C1120110004, 9140A27020211DZ5102)

教育部科学技术研究重大项目(批准号: 313018)

湖南省科技计划项目(批准号: 2011J4, 2011JK2023, 12JJA004)和湖南省教育厅科学研究项目(批准号: 11C0479)资助的课题.

收稿日期: 2012-12-27
修回日期: 2013-03-26
刊出日期: 2013-07-05

摘要: 针对心磁信号工频及背景噪声干扰问题, 提出了广义S变换奇异值分解(singular value decomposition, SVD)滤波方法.在离散S变换基础上, 导出了广义矩阵S变换和逆变换公式. 通过对采样信号进行广义S变换, 调节时频分辨率, 利用SVD分解方法确定有效心磁信号区域, 实现自适应时频滤波. 实验结果表明, 该方法能有效滤除工频及背景噪声干扰, 且在较少奇异值个数情况下可获得更好的滤波性能.

关键词:

English Abstract

A method for magnetocardiograms filtering based on singular value decomposition and S-transform

1.
College of Electrical and Information Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China;

2.
School of Electrical and Automation Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China

Fund Project:
Project supported by the National Natural Science Foundation for Distinguished Young Scholars of China (Grant No. 50925727), the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51107034), the National Defense Advanced Research Project, China (Grant Nos. C1120110004, 9140A27020211DZ5102), the Foundation for Key Program of Ministry of Education, China (Grant No. 313018), the Natural Science Foundation of Hunan Province, China (Grant Nos. 2011J4, 2011JK2023, 12JJA004), and the Research Foundation of Education Bureau of Hunan Province, China (Grant No. 11C0479).

Received Date: 27 December 2012
Accepted Date: 26 March 2013
Published Online: 05 July 2013

Abstract: In order to solve the problem of power line noise and environmental magnetic noise to magnetocardiogram, a filtering method based on singular value decomposition (SVD) and generalized S transform is proposed. On the basis of discrete condition, S transform and its inverse transform in matrix form are derived. The signal is first preprocessed using generalized S transform in order to get better time-frequency resolution, then the time-frequency domain is decomposed by SVD, and the valid time-frequency region is determined. Therefore, the adaptive filtering can be realized. Numerical simulation studies indicate that the method presented can achieve better performance than other methods with less singular values. Illustrative examples verify the effectiveness of the proposed method.

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参考文献 (14)

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