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

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:

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.

Keywords:

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.

Authors and contacts

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

Funds: 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).

参考文献

[1]	Shen W, Wang J 2011 Acta Phys. Sin. 60 118702 (in Chinese) [沈韡, 王俊 2011 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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]

[1]	陈韬, 江普庆. 揭示热反射实验中热物性参数的本征关系. , 2024, 73(23): 230202. doi: 10.7498/aps.73.20241369
[2]	牛晓东, 卢莉蓉, 王鉴, 韩星程, 郭树言, 王黎明. 基于改进经验模态分解域内心动物理特征识别模式分量的心电信号重建. , 2021, 70(3): 038702. doi: 10.7498/aps.70.20201122
[3]	王芙蓉, 杨帆, 张亚, 李世中, 王鹤峰. 基于奇异值分解的矩阵低秩近似量子算法. , 2021, 70(15): 150201. doi: 10.7498/aps.70.20210411
[4]	李宁, TuXin, 黄孝龙, 翁春生. 基于Tikhonov正则化参数矩阵的激光吸收光谱燃烧场二维重建光路设计方法. , 2020, 69(22): 227801. doi: 10.7498/aps.69.20201144
[5]	王仲根, 沐俊文, 林涵, 聂文艳. 新型缩减矩阵构造加快特征基函数法迭代求解. , 2019, 68(17): 170201. doi: 10.7498/aps.68.20190572
[6]	张熙程, 方龙杰, 庞霖. 强散射过程中基于奇异值分解的光学传输矩阵优化方法. , 2018, 67(10): 104202. doi: 10.7498/aps.67.20172688
[7]	鹿力成, 马力. 基于Warping变换的波导时频分析. , 2015, 64(2): 024305. doi: 10.7498/aps.64.024305
[8]	谢正超, 王飞, 严建华, 岑可法. 炉膛三维温度场重建中Tikhonov正则化和截断奇异值分解算法比较. , 2015, 64(24): 240201. doi: 10.7498/aps.64.240201
[9]	庞宇, 邓璐, 林金朝, 李章勇, 周前能, 李国权, 黄华伟, 张懿, 吴炜. 基于形态滤波的心电信号去除基线漂移方法. , 2014, 63(9): 098701. doi: 10.7498/aps.63.098701
[10]	王璐, 许录平, 张华, 罗楠. 基于S变换的脉冲星辐射脉冲信号检测. , 2013, 62(13): 139702. doi: 10.7498/aps.62.139702
[11]	苏海晶, 王启光, 杨杰, 钱忠华. 基于奇异值分解对中国夏季降水模式误差订正的研究. , 2013, 62(10): 109202. doi: 10.7498/aps.62.109202
[12]	郑安总, 冷永刚, 范胜波. 基于奇异值分解的随机共振特征提取研究. , 2012, 61(21): 210503. doi: 10.7498/aps.61.210503
[13]	王倩, 马平, 华宁, 陆宏, 唐雪正, 唐发宽. 基于心磁信号的心脏电流偶极子阵列成像及相关性质的研究. , 2010, 59(4): 2882-2888. doi: 10.7498/aps.59.2882
[14]	宋伟, 侯建军, 李赵红, 黄亮. 一种基于Logistic混沌系统和奇异值分解的零水印算法. , 2009, 58(7): 4449-4456. doi: 10.7498/aps.58.4449
[15]	郭成豹, 肖昌汉, 刘大明. 基于积分方程法和奇异值分解的磁性目标磁场延拓技术研究. , 2008, 57(7): 4182-4188. doi: 10.7498/aps.57.4182
[16]	黄群星, 刘冬, 王飞, 严建华, 池涌, 岑可法. 基于截断奇异值分解的三维火焰温度场重建研究. , 2007, 56(11): 6742-6748. doi: 10.7498/aps.56.6742
[17]	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. 在SQUID心磁测量中基于奇异值分解和自适应滤波的噪声消除法. , 2006, 55(5): 2651-2656. doi: 10.7498/aps.55.2651
[18]	赵莉, 冯稷, 翟光杰, 张利华. 小波变换在心磁信号处理中的应用. , 2005, 54(4): 1943-1949. doi: 10.7498/aps.54.1943
[19]	刘新元, 谢柏青, 戴远东, 王福仁, 李壮志, 马平, 谢飞翔, 杨涛, 聂瑞娟. 射频SQUID心磁图数据自适应滤波研究. , 2005, 54(4): 1937-1942. doi: 10.7498/aps.54.1937
[20]	张家树, 李恒超, 肖先赐. 连续混沌信号的离散余弦变换域二次实时滤波预测. , 2004, 53(3): 710-716. doi: 10.7498/aps.53.710

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