В этом примере показано, как применять адаптивные фильтры для удаления шума с помощью адаптивного подавления шума. В примере используется пользовательский интерфейс (UI), который можно запустить, введя команду adaptiveNoiseCancellationExampleApp. Дополнительные сведения см. в разделе «Пример архитектуры» ниже.
При адаптивном подавлении шума измеренный сигнал d (n) содержит два сигнала: - неизвестный интересующий сигнал v (n) - интерференционный сигнал u (n) Цель состоит в том, чтобы удалить интерференционный сигнал из измеренного сигнала, используя опорный сигнал x (n), который сильно коррелирует с интерференционным сигналом. Рассматриваемым здесь примером является применение адаптивных фильтров к электрокардиографии плода, в которой сигнал сердцебиения матери адаптивно удаляется из сигнала датчика сердцебиения плода. Этот пример адаптирован из Widrow et al., «Адаптивное подавление шума: принципы и применения», Proc. IEEE ®, том 63, № 12, стр. 1692-1716, декабрь 1975.
В этом примере мы будем моделировать формы электрокардиограммы как для матери, так и для плода. Мы используем частоту дискретизации 4000 Гц. Частота сердечных сокращений для этого сигнала составляет примерно 89 ударов в минуту, а пиковое напряжение сигнала - 3,5 милливольта.
Сердце плода бьется заметно быстрее, чем его мать, со скоростью от 120 до 160 ударов в минуту. Амплитуда электрокардиограммы плода также значительно слабее, чем амплитуда материнской электрокардиограммы. Пример создает сигнал электрокардиограммы, соответствующий частоте сердечных сокращений 139 ударов в минуту и пиковому напряжению 0,25 милливольта для имитации сердцебиения плода.
Сигнал материнской электрокардиограммы получают из грудной клетки матери. Целью адаптивного шумоподавителя в этой задаче является адаптивное удаление сигнала сердцебиения матери из сигнала электрокардиограммы плода. Для выполнения этой задачи компенсатору необходим опорный сигнал, генерируемый материнской электрокардиограммой. Так же, как и сигнал электрокардиограммы плода, сигнал материнской электрокардиограммы будет содержать некоторый аддитивный широкополосный шум.
В измеренном сигнале электрокардиограммы плода из брюшной полости матери обычно преобладает сигнал сердцебиения матери, который распространяется из грудной полости в брюшную полость. Мы будем описывать этот путь распространения как линейный КИХ-фильтр с 10 рандомизированными коэффициентами. Кроме того, мы добавим небольшое количество некоррелированного гауссова шума для моделирования любых широкополосных источников шума в рамках измерения.
Адаптивный компенсатор шума может использовать большинство любых адаптивных процедур для выполнения своей задачи. Для простоты мы будем использовать адаптивный фильтр наименьшего квадрата (LMS) с 15 коэффициентами и размером шага 0,00007. С этими настройками адаптивный шумоподавитель достаточно хорошо сходится после нескольких секунд адаптации - безусловно, разумный период ожидания, учитывая это конкретное диагностическое приложение.
Выходной сигнал y (n) адаптивного фильтра содержит оцененный материнский сигнал пульса, который не является конечным интересующим сигналом. Что остается в сигнале ошибки e (n) после схождения системы, так это оценка сигнала сердцебиения плода вместе с остаточным шумом измерения. По сигналу ошибки можно оценить частоту сердечных сокращений плода.
Команда adaptiveNoiseCancellationExampleApp начинает пользовательский интерфейс, разработанный, чтобы взаимодействовать с моделированием. Он также запускает временной диапазон для просмотра измеренного сердцебиения плода, а также измеренного сердцебиения матери и извлеченного сердцебиения плода.
С помощью кодера MATLAB можно создать файл MEX для основного алгоритма обработки, выполнив команду HelperANCodeGeneration. Вы можете использовать произведенный файл MEX, выполняя команду adaptiveNoiseCancellationExampleApp (верный).