Преобразование сигнала частотным детектором

1) Сигнал без патологий

Для частотной модуляции используется сигнал, представленный на рисунке 3.8.

Для выполнения задачи частотного детекирования была написана программа частотного демодулирования сигналов.

Рисунок 3.26 - Схема алгоритма работы программы частотного демодулирования

сигналов (начало)

Рисунок 3.26 - Схема алгоритма работы программы частотного демодулирования

сигналов (окончание)

Работа программы заключается в следующем. В блоке 1 вводится число для границ интервала, в окрестности которого будет осуществляться поиск максимальной амплитуды. В блоке 2 обозначается цикл с интервалом от 0 до разности между общим количеством отчетов в сигнале (L) и количеством отчетов в скользящем окне (N1). В блоке 3 осуществляется присвоение начального значения переменной k. В блоках 4, 5 происходит формирование массива длиной 10000 отчетов из отсчетов исходного сигнала.

В блоке 6 осуществляется запись порога амплитуды сигнала необходимого для определения R-зубца. Он определяется путем нахождения максимального

значения в записанном ранее массиве длиной 10000 отчетов и умножением этого числа на заданный коэффициент.

В блоке 8 происходит проверка результатов вычислений каждого цикла, если значение t меньше, то в блоке 9 происходит присвоение переменной значение из массива M.

В блоке 10 происходит сравнение чисел, если число из массива m больше порога g, то далее происходит запись в отдельный массив чисел. В блоке 12 происходит проверка записанного числа из массива, если оно больше предыдущего числа из массива, то совершается запись его значения и индекса в отдельные массивы (блок 13).

Далее в блоке 14 происходит смещение от найденного R-зубца на заданное значение. После нахождения всех R-зубцов в блоке 16 осуществляется присвоение начального значения переменной R, а в блоках 17, 18 происходит определение расстояния между R-зубцами, которое называется RR-интервал. В блоке 19 определяется среднее значение массива Y4. В блоке 20 происходит нахождение номера отчета гармоники в окрестности частоты интереса. Далее выполняется разложение на спектр сигнала в 10000 отчетов (блок 21) согласно процедуре (3.2). Преобразование комплексного числа в действительное число (блок 21) производится по формуле (3.3). Если индекс массива равен числу, присвоенному в блоке 20 то число, соответствующее индексу, записывается в новую переменную (блок 24).

В блоке 26 происходит поиск максимального числа из массива Ме2, заданного в блоке 25, и после его нахождения осуществляется запись числа в отдельный массив (блок 27). В блоке 28 формируется массив из максимальных амплитуд в окрестности частоты интереса.

Лист программы Mathcad представлен на рисунке 3.27. Значения переменных f1, L, N1, Th, sq, u1 задаются вне программы. f1 -частота интереса, L - общее количество отчетов из сигнала, N1 - размер окна, Th - пороговое число, обозначающее начальную точку отсчёта от которого будет определяться R - зубец, sq-сдвиг, указывает шаг смещения отчетов от точки нахождения R -

зубца, u1 - число для границ интервала, в окрестности которого будет

осуществляться поиск максимальной амплитуды.

Рисунок 3.27 - Лист программы в Mathcad «Программа определения спектра

частотно демодулированного сигнала»

На рисунке 3.28 графики представляют собой возрастающие апериодические колебания, а для частоты 0.2 Гц характерны, в основном, равно амплитудные колебания.

Графики амплитуд максимальных гармоник в окрестности частоты интереса f1 = 0.05 (зеленый), f2 = 0.1 (синий), f3 = 0.2 Гц (красный) в скользящем окне для сигнала в состоянии нормы и их графики функций преобразования Фурье представлены на рисунках3.28 и 3.29.

Рисунок 3.28 -Графики «частотного детектора» для частот 0.05 Гц (зеленый), 0.1

Гц (синий), 0.2 Гц (красный) в скользящем окне для сигнала ЭКС пациента в

состоянии нормы

На рисунке 3.29 представлены амплитудно-частотные характеристики исследуемых сигналов. Диапазон колебаний амплитуды для каждой частоты представлен в таблице 3.5.

Рисунок -3.29 - Графики преобразования Фурье максимальных амплитуд для

ЭКС, пропущенного через частотный детектор для частот 0.05 Гц (зеленый), 0.1

Гц (синий), 0.2 Гц (красный) для пациента в состоянии нормы

Таблица 3.5 - Диапазон колебания амплитуды графиков исследуемых

частот интереса для сигнала в состоянии нормы

С возрастанием частоты интереса сужается ширина диапазона.

2) Сигнал с патологией

Для частотной модуляции используется сигнал, представленный на рисунке 3.10. Для поиска максимальной амплитуды в окрестности частоты интереса используется программа частотного демодулирования сигналов, алгоритм работы которой представлен выше на рисунке 3.26.

Графики амплитуд максимальных гармоник в окрестности частоты интереса f1 = 0.05 (зеленый), f2 = 0.1 (синий), f3 = 0.2 Гц (красный) в скользящем окне для ЭКС пациента с заболеванием апноэ в состоянии обострения и их графики функций преобразования Фурье представлены на рисунке 3.30 и 3.31.

Рисунок 3.30 - Графики «частотного детектора» для частот 0.05 (зеленый), 0.1 (синий), 0.2 Гц (красный) в скользящем окне для ЭКС пациента с заболеванием апноэ в состоянии обострения

На рисунке 3.30 графики сигналов для частот 0.05 и 0.1 Гц имеют выраженный упорядоченный характер, подчиняющийся законам гармонических

колебаний, а для частоты 0.2 Гц сигнал представляет собой шумоподобные колебания.

Рисунок 3.31 - Графики преобразования Фурье максимальных амплитуд для ЭКС, пропущенного через частотный детектор для частот 0.05 Гц (зеленый), 0.1 Гц (синий), 0.2 Гц (красный) для пациента с заболеванием апноэ в состоянии обострения

На рисунке 3.31 представлены амплитудно-частотные характеристики исследуемых сигналов. Диапазон колебаний амплитуды для каждой частоты представлен в таблице 3.6.

Таблица 3.6 - Диапазон колебания амплитуды графиков исследуемых частот интереса для сигнала с заболеванием апноэ в состоянии обострения

С возрастанием частоты интереса сужается ширина диапазона аналогично с предыдущим примером.

3.3.4