基于提升小波与卡尔曼滤波的去噪研究及其FPGA的实现

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心血管评估的微流控电泳系统是用于分析血液中的蛋白成分,从而评估人体是否患有心血管疾病,现如今国内各大医院都具有心血管疾病的检测设备,但多以进口为主,检查该项目花费较高,不便携带。因而迫切需要设计一款适用于本国的心血管评估的微流控电泳检测设备。本文针对血液中的蛋白组成成分,设计了一个蛋白信号的检测与优化装置,从而提高了该系统的检测准确率,并且成本较低,体积小,可以适用于各大地方性医院。本文的研究重点是蛋白信号的优化以及分析处理,对此本文的研究的主要内容如下:(1)本文首先分析了蛋白信号的采集流程,其中主要使用的方法是激光诱导荧光技术,被激光激发的荧光蛋白信号照射光电倍增管(PMT),激发电子产生强电压。得到该检测荧光蛋白信号。(2)采集得到的荧光蛋白信号会受到外界光强,细微管道,淬灭效应等外界条件与自身设备的干扰,产生与信号并存的乘性噪声和不随信号变化的加性噪声。针对乘性噪声的去噪处理,本文采用先用取对数方法将乘性噪声转化为加性噪声,其次使用改进的小波阈值去噪方法滤除加性噪声。(3)对含有噪声的信号预处理以后,需要对信号进行分析,由于蛋白信号的组成成分相隔较近,在采集信号时会出现峰值重叠,因而本文在分析含有噪声不高的重叠峰方面采用卡尔曼导数法进行重叠峰的分离,该实验结果显示,卡尔曼滤波能够很好地滤除在求高阶导数时产生的噪声信号。最后,本文用提出的方法在FPGA上实现,使用Verilog语言描述电路,先给出了每个模块的电路图。设计了关于浮点数的加减乘除运算方法以及常见的基本函数使用方法,并且使用Modelsim进行仿真验证,实验证明,该方法实用性较好。其次设计了一款上位机程序,用于控制下位机的实验步骤以及数据监测。最后采取人的血清样本进行实验比较,获得了令人满意的结果。
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