[发明专利]一种基于模糊逻辑滤除工频干扰的自适应滤波系统

说明书

技术领域

本发明涉及生物电控制技术领域，具体涉及一种基于模糊逻辑滤除工频干扰的自适应滤波系统。

背景技术

工频干扰是生物信号采集中一重要干扰源，恰落入多种生物小信号的主要信号频率范围内，随时间相位和频率发生变化的工频噪声更加难以滤除，使得滤除生物小信号信号检测中的工频干扰尤为关键。近年来，已经有多种滤除工频干扰的方法应用在生物小信号信号检测中，包括：利用带阻滤波器在电路上滤除工频干扰；利用数字陷波器，将采集的模拟信号量化为数字信号后，再利用频谱插值法、自适应滤波、小波变换等进行滤波处理。

美国加利福尼亚大学的控制论专家L.A.Zadeh教授1965提出了模糊集合的概念，开创了模糊数学以及模糊推理的历史，其理论方法也日益完善，并广泛应用到自然科学和社会科学的各个领域。1972年，模糊逻辑首次应用于控制领域，自1974年英国工程师E.H.Mamdani将模糊控制成功地应用到锅炉和蒸汽机控制，模糊逻辑理论得到了飞速的发展并成功的应用到诸多的领域当中。

由于模糊逻辑可以模仿人的思维，通过模糊规则能对只有良好的控制经验而没有精确数学模型的复杂系统具有良好的控制作用。因此模糊控制的实质就是利用模糊逻辑系统对复杂控制系统中的不确定项进行有效的处理。模糊控制是基于知识或基于模糊规则，模仿人的模糊推理和决策，模糊逻辑理论虽然早已广泛应用于控制系统及模式识别，但在信号处理领域还较少。

模糊逻辑理论对于不确定项的有效控制，是可稳定的控制自适应滤波器中的参考输入，并有效得提高滤波精度和滤波质量。在实际情况中噪声具有不同的统计特性，单一的数字滤波器设计往往无法有效的去除工频干扰。而自适应滤波能良好的跟随工频干扰的频率变化，结合模糊逻辑，将会提高自适应滤波器的精度，具备有效的去除变化频率，变化幅度的工频噪声的能力。

目前，常见的滤除生物小信号检测中工频干扰的设计如下：

（1）、在检测硬件电路上采用模拟陷波器实现，一般是采用二阶有源50Hz陷波滤波器，“滤除50Hz工频干扰的滤波电路设计”；

（2）、采用数字滤波的方法，使用小波变换，“面肌电信号处理和模式识别方法研究”，频谱插值法进行工频干扰的滤除；

（3）、采用自适应滤波器，“消除心电信号工频干扰的IIR自适应陷波器设计”，对工频干扰进行滤除。

上述滤除工频干扰存在以下缺点：（1）、使用模拟滤波器进行降噪，由于电子元器件在不同温度精度会受影响，且电子元器件随时间过程会有不同程度的老化，因此在一定程度上将影响滤波的性能；（2）、采用小波变换的数字滤波器，虽然可以避免上述（1）存在的缺点，具有多分辨率分析及能应对信号噪声突变，但一旦选择一个小波进行整个数据处理，会产生很多伪谐波分量，降低被检测信号的信噪比；而且，选择一个合适的小波函数也是非常不容易的；（3）、自适应滤波器通过可调整系数的滤波器将输入信号加权后产生一个输出，与期望的参考或训练信号进行比较，形成误差信号；而前述自适应滤波器往往收敛较慢，具有高稳态误差及不稳定的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有的技术存在的上述问题，提供一种基于模糊逻辑滤除工频干扰的自适应滤波系统。

本发明的技术方案包括一种基于模糊逻辑滤除工频干扰的自适应滤波系统，包括，使用带前置放大器的表贴电极，采集生物信号；对所述生物信号经信号滤波单元进行有源滤波滤除噪声；对滤波处理的数字信号进行模糊逻辑分析，构建匹配的滤波器；输入自适应滤波器，完成滤波。

优选地，所述使用带前置放大器的表贴电极，采集生物信号具体为，所述带前置放大器的表贴电极放置在待测肌肉的五处不同位置，所述电极间距为20mm，且采用屏蔽线输出至所述信号滤波单元。

优选地，所述信号滤波单元为有源带通滤波器，所述有源带通滤波器的通带频率是20Hz-500Hz。

优选地，所述模糊逻辑分析包括，确定噪声统计特性：进行统计特性的分析，设置滤波参数；所述统计特性为三角分布；单值滤波；构建模糊化模块，将数字信号变换成相应的隶属度分析；模糊推理和去模糊化：采用判别隶属度大小进行模糊推理和去模糊化处理；确定最大滤波噪声。

优选地，所述模糊推理和去模糊化处理具体为：计算所述数字信号幅度抽样值0，1的隶属度值u0和u1，其中，u0为抽样值对幅度0的隶属度值，u1为抽样值对幅度1的隶属度值；若隶属度值u0大于隶属度值u1，则去模糊化输出0，若隶属度值u0小于隶属度值u1，则去模糊化输出1。