与信号检测相关的论文

生物医学信号处理方法论文

生物医学信号处理是指据生物医学信号特点，应用信息科学的基本理论和方法，研究如何从扰和噪声淹没的观察记录中提取各种生物医学信号中所携带的信息，并对它们进步分析、解释和分类。以下是我精心准备的生物医学信号处理方法论文，大家可以参考以下内容哦！

摘 要： 生物医学信号是人体生命信息的集中体现，深入进行生物医学信号检测与处理的理论与方法的研究对于认识生命运动的规律、探索疾病预防与治疗的新方法都具有重要的意义。

关键词： 生物医学信号 信号检测 信号处理

1 概述

1。1 生物医学信号及其特点

生物医学信号是一种由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号，属于强噪声背景下的低频微弱信号，信号本身特征、检测方式和处理技术，都不同于一般的信号。生物医学信号可以为源于一个生物系统的一类信号，这些信号通常含有与生物系统生理和结构状态相关的信息。生物医学信号种类繁多，其主要特点是：信号弱、随机性大、噪声背景比较强、频率范围一般较低，还有信号的统计特性随时间而变，而且还是非先验性的。

1。2 生物医学信号分类

按性质生物信号可分为生物电信号（Bioelectric Signals），如脑电、心电、肌电、胃电、视网膜电等;生物磁信号（Biomagnetic Signals），如心磁场、脑磁场、神经磁场;生物化学信号（Biochemical Signals），如血液的pH值、血气、呼吸气体等;生物力学信号（Biomechanical Signals），如血压、气血和消化道内压和心肌张力等;生物声学信号（Bioacoustic Signal），如心音、脉搏、心冲击等。

按来源生物医学信号可大致分为两类：（1）由生理过程自发产生的主动信号，例如心电（ECG）、脑电（EEG）、肌电（EMG）、眼电（EOG）、胃电（EGG）等电生理信号和体温、血压、脉博、呼吸等非电生信号;（2）外界施加于人体、把人体作为通道、用以进行探查的被动信号，如超声波、同位素、X射线等。

2 生物医学信号的检测及方法

生物医学信号检测是对生物体中包含的生命现象、状态、性质和成分等信息进行检测和量化的技术，涉及到人机接口技术、低噪声和抗干扰技术、信号拾取、分析与处理技术等工程领域，也依赖于生命科学研究的进展。信号检测一般需要通过以下步骤（见图1）。

①生物医学信号通过电极拾取或通过传感器转换成电信号;②放大器及预处理器进行信号放大和预处理;③经A/D转换器进行采样，将模拟信号转变为数字信号;④输入计算机;⑤通过各种数字信号处理算法进行信号分析处理，得到有意义的结果。

生物医学信号检测技术包括：（1）无创检测、微创检测、有创检测;（2）在体检测、离体检测;（3）直接检测、间接检测;（4）非接触检测、体表检测、体内检测;（5）生物电检测、生物非电量检测;（6）形态检测、功能检测;（7）处于拘束状态下的生物体检测、处于自然状态下的生物体检测;（8）透射法检测、反射法检测;（9）一维信号检测、多维信号检测;（10）遥感法检测、多维信号检测;（11）一次量检测、二次量分析检测;（12）分子级检测、细胞级检测、系统级检测。

3 生物医学信号的处理方法

生物医学信号处理是研究从扰和噪声淹没的信号中提取有用的生物医学信息的特征并作模式分类的方法。生物医学信号处理的目的是要区分正常信号与异常信号，在此基础上诊断疾病的存在。近年来随着计算机信息技术的飞速发展，对生物医学信号的处理广泛地采用了数字信号分析处理方法：如对信号时域分析的相干平均算法;对信号频域分析的快速傅立叶变换算法和各种数字滤波算法;对平稳随机信号分析的功率谱估计算法和参数模型方法;对非平稳随机信号分析的短时傅立叶变换、时频分布（维格纳分布）、小波变换、时变参数模型和自适应处理等算法;对信号的非线性处理方法如混沌与分形、人工神经网络算法等。下面介绍几种主要的处理方法。

3。1 频域分析法

信号的频域分析是采用傅立叶变换将时域信号x（t）变换为频域信号X（f），从而将时间变量转变成频率变量，帮助人们了解信号随频率的变化所表现出的特性。信号频谱X（f）描述了信号的频率结构以及在不同频率处分量成分的大小，直观地提供了从时域信号波形不易观察得到频率域信息。频域分析的'一个典型应用即是对信号进行傅立叶变换，研究信号所包含的各种频率成分，从而揭示信号的频谱、带宽，并用以指导最优滤波器的设计。

3。2 相干平均分析法

生物医学信号常被淹没在较强的噪声中，且具有很大的随机性，因此对这类信号的高效稳健提取比较困难。最常用的常规提取方法是相干平均法。相干平均（Coherent Average）主要应用于能多次重复出现的信号的提取。如果待检测的医学信号与噪声重叠在一起，信号如果可以重复出现，而噪声是随机信号，可用叠加法提高信噪比，从而提取有用的信号。这种方法不但用在诱发脑电的提取，也用在近年来发展的心电微电势（希氏束电、心室晚电位等）的提取中。

3。3 小波变换分析法

小波分析是传统傅里叶变换的继承和发展，是20世纪80年代末发展起来的一种新型的信号分析工具。目前，小波的研究受到广泛的关注，特别是在信号处理、图像处理、语音分析、模式识别、量子物理及众多非线性科学等应用领域，被认为是近年来在工具及方法上的重大突破。小波分析有许多特性：多分辨率特性，保证非常好的刻画信号的非平稳特征，如间断、尖峰、阶跃等;消失矩特性，保证了小波系数的稀疏性;紧支撑特性，保证了其良好的时频局部定位特性;对称性，保证了其相位的无损;去相关特性，保证了小波系数的弱相关性和噪声小波系数的白化性;正交性，保证了变换域的能量守恒性;所有上述特性使小波分析成为解决实际问题的一个有效的工具。小波变换在心电、脑电、脉搏波等信号的噪声去除、特征提取和自动分析识别中也已经取得了许多重要的研究成果。

3。4 人工神经网络

人工神经网络是一种模仿生物神经元结构和神经信息传递机理的信号处理方法。目前学者们提出的神经网络模型种类繁多。概括起来，其共性是由大量的简单基本单元（神经元）相互广泛联接构成的自适应非线性动态系统。其特点是：（1）并行计算，因此处理速度快;（2）分布式存贮，因此容错能力较好;（3）自适应学习（有监督的或无监督的自组织学习）。

参考文献

[1] 邢国泉，徐洪波。生物医学信号研究概况。咸宁学院学报（医学版），2006，20：459～460。

[2] 杨福生。论生物医学信号处理研究的学科发展战略。国外医学生物医学工程分册，1992，4（15）：203～212。

轨道交通信号安全论文

轨道交通是指运营车辆需要在特定轨道上行驶的一类交通工具或运输系统。最典型的轨道交通就是由传统火车和标准铁路所组成的铁路系统。下面我们来看一下关于轨道交通信号的论文吧。

摘 要： 城市轨道交通是缓解现代城市交通压力的重要方式。近年来，我国各大城市纷纷加快了轨道交通的投资与建设，以此提高城市公共交通运输能力缓解地面交通压力。在地铁工程建设与发展中,轨道交通系统作为大容量公共交通工具,其安全性直接关系到广大乘客的生命安全,信号系统是城市轨道交通的重要基础设施之一，作为保证列车安全、正点、快捷、舒适、高密度不间断运行的重要技术装备在轨道交通系统中有着举足轻重的地位，同时也是关系到列车行驶安全的关键。现就城市轨道交通信号系统进行简要论述，主要介绍信号系统的构成、功能、控制模式、在我国的应用情况以及存在的不足和发展对策。

关键词：轨道交通；信号系统；现状；发展趋势

一、城市轨道交通信号的发展

轨道交通信号的发展背景

轨道交通通起源于英国，最早的列车指挥是由一位带绅士礼帽、穿黑大衣和白裤子的铁路员工骑马在前引导运行的，他边跑边以各种手势发出信号指挥列车的前进和停止。

为确保安全，人们开始研究使用固定的信号设备：用一块长方形的板子，横向线路是停车信号，顺向线路是行车信号。可是顺向线路的板子实际上很难观察，故又在顶端加块圆板。当必须在晚间开车时，就以红色灯光表示停车信号，白色灯光表示行车信号。

1841年，英国人戈里高利提出用长方形臂板作为信号显示，装设在伦敦车站，这是铁路上首次使用臂板式信号机。而慢慢随着科技的发展出现了色灯信号机渐渐代替了臂板信号机，直到现在的列车自动控制系统。

轨道交通信号的发展现状

众所周知，城市轨道交通系统因基建成本高，往往采用高速度、高密度方式运营，这样就必须依靠先进的通信信号设备来进行控制和管理。城市轨道交通的信号系统，已从早期的固定闭塞发展到了准移动闭塞，正在向移动闭塞方向发展。传统的信号系统即以地面信号显示为依据，司机按行车规则操纵列车运行。现代信号系统有6个基本目标：以安全的方式控制列车有条件地前进；使本列车与前行车或股道尽头保持安全距离；防止出现列车冲突进路；使列车能够按要求的时间间隔运行；使列车能够按时刻表速度运行，以便最大程度地避免危及安全的各种干扰；保证关键点闭锁在正确位置。目前世界各国的城市轨道交通信号系统大都采用列车自动控制系统（ATC），已基本上满足上述基本目标。

我国轨道交通的ATC系统目前大多采用进口设备，主要来自德国SIEMENA、英国WESTINGHOUSE、美国US&S、法国ALSTON等公司。国产信号系统由于多种原因尚未形成完整的产品，近年来ATP系统等开始逐步在正线得到应用。

城市轨道交通的发展趋势

当下我国城市轨道交通建设正处于高速发展阶段，各种各样交通信号系统纷纷踏入中国轨道交通市场，那么如何选择先进、安全、可靠、经济、使用性的信号系统成为了当前我国城市轨道交通的一项重要课题。当前国外主流的城市轨道交通通信系统主要有数字轨道电路系统、分析模拟轨道电路系统和基于通信的列车运行控制系统模式，我们要结合国内外各类轨道交通信号的优缺点，寻找出适合我国国情的城市轨道交通信号系统，在未来城市轨道交通系统国产化建设才是正确的发展方向。城市轨道交通国产化，不仅能降低建设成本（国产的CBTC比引进国外的系统造价低20％），而且能降低运营成本，更重要的是促进我国城市轨道交通技术水平的大幅提升，有利于人才培养。并且参与国际竞争。

那么，参与技术服务，国内硬件加工，逐步吸收熟悉国外技术是首要的。其次，通过技术引进，掌握系统功能单元间接口协议和技术标准，最后要积极跟踪并参与CBTC的研究。

城市轨道交通的信号系统，已从早期的固定闭塞发展到了准移动闭塞，正在向移动闭塞方向发展。传统的信号系统即以地面信号显示为依据，司机按行车规则操纵列车运行。现代信号系统有六个基本目标：以安全的方式控制列车有条件地前进；使本列车与前行车或股道尽头保持安全距离，防止出现列车冲突进路；使列车能够按照要求的时间间隔运行；使列车能够按时刻表速度运行，以便最大程度地避免危及安全的各种干扰，保证关键点锁闭在正确位置。

ATP的主要作用是根据故障-安全原则，执行列车间安全间距的监控、列车的超速防护、安全开关门的监督和进路的安全监控等功能，确保列车和乘客的安全；ATO主要执行站间自动运行、列车在车站的定点停车、在终点的自动折返等功能；ATS的主要作用是监督列车状态、产生列车时刻表、自动调整列车运行时刻和保证列车按时刻表正点运行、生成运行报告和统计报告、向旅客向导系统提供信息等。

由于通信技术的发展，ATC系统中ATS子系统的功能也越来越强，已不仅仅是传统意义上的“列车自动监督”，ATS子系统正在向集成化方向发展；维修管理更加重要为了提高系统的可靠性、减少维护费用，信号系统的监控管理以及维修管理信息系统都非常重要。

二、城市轨道交通系统的构成及功能

列车自动监控子系统（ATS）

ATS系统由控制中心、车站、车场以及车载设备组成。ATS系统在ATP系统的支持下完成对列车运行的自动监控，实现以下基本功能：

（1）通过ATS车站设备，能够采集轨旁及车载ATP提供的轨道占用状态、进路状态、列车运行状态以及信号设备故障等控制和监督列车运行的基础信息。

（2）根据联锁表、计划运行图及列车位置，自动生成输出进路控制命令，传送至车站联锁设备，设置列车进路、控制列车停站时分。

（3）列车识别跟踪、传递和显示功能。系统能自动完成正线区段内列车识别号（服务号、目的地号、车体号）跟踪，列车识别号可由中央ATS自动生成或调度员人工设定、修改，也可由列车经车—地通信向ATS发送识别号等信息。

（4）列车计划与实迹运行图的比较和计算机辅助调度功能。能根据列车运行实际的偏离情况，自动生成调整计划供调度员参考或自动调整列车停站时分，控制发车时间。

（5）ATS中央故障情况下的降级处理，由调度员人工介入设置进路，对列车运行进行调整，由ATS车站完成自动进路或根据列车识别号进行自动信号控制，由车站人工进行进路控制。

（6）在计算机辅助下完成对列车基本运行图的编制及管理，并具有较强的人工介入能力。通过设在车辆段的终端，向车辆段管理及行车人员提供必要的信息，以便编制车辆运用计划和行车计划。

（7）列车运行显示屏及调度台显示器，能对轨道区段、道岔、信号机和在线运行列车等进行监视，能在行调工作站上给出设备故障报警及故障源提示。

（8）能在中央专用设 备上提供模拟和演示功能，用于培训及参观。能自动进行运行报表统计，并根据要求进行显示打印。

（9）能在车站控制模式下与计算机联锁设备结合，将部分或所有信号机置于自动模式状态。

（10）向通信无线、广播、旅客向导系统提供必要的信息。

列车自动防护子系统（ATP）

ATP系统由地面设备、车载设备组成，监督列车在安全速度下运行，确保列车一旦超过规定速度，立即施行制动，主要实现以下功能：

（1）自动连续地对列车位置进行检测，并向列车发送必要的速度、距离、线路条件等信息，以确定列车运行的最大安全速度。提供列车速度保护，在列车超速时提供常用制动或紧急制动，保证前行与后续列车之间的安全间隔，满足正向行车时的设计行车间隔和折返间隔。对反向运行列车能进行ATP防护。

（2）确保列车进路正确及列车的运行安全。确保同一径路上的不同列车之间具有足够的安全距离，以及等防止列车侧面冲撞。

（3）防止列车超速运行，保证列车速度不超过线路、道岔、车辆等规定的允许速度。

（4）为列车车门的开启提供安全、可靠的信息。

（5）根据联锁设备提供的进路上轨道区间运行方向，确定相应轨道电路发码方向。

（6）任何车—地通信中断以及列车的非预期移动（含退行）、任何列车完整性电路的中断、列车超速（含临时限速）、车载设备故障等均将产生安全性制动。

（7）实现与ATS的接口和有关的交换信息。

（8）系统的自诊断、故障报警、记录。

（9）列车的.实际速度、推荐速度、目标速度、目标距离等信息的记录和显示。具有人工或自动轮径磨耗补偿功能。

列车自动驾驶子系统（ATO）

ATO子系统是控制列车自动运行的设备，由车载设备和地面设备组成，在ATP系统的保护下，根据ATS的指令实现列车运行的自动驾驶、速度的自动调整、列车车门控制。

（1）自动完成对列车的启动、牵引、巡航、惰行和制动的控制，以较高的速度进行追踪运行和折返作业，确保达到设计间隔及旅行速度。

（2）在ATS监控范围的入口及各站停车区域（含折返线、停车线）进行车—地通信，将列车有关信息传送至ATS系统，以便于ATS系统对在线列车进行监控。

（3）控制列车按照运行图进行运行，达到节能及自动调整列车运行的目的。

（4）ATO自动驾驶时实现车站站台定点停车控制、舒适度控制及节省能源控制。

（5）能根据停车站台的位置及停车精度，自动地对车门进行控制。

（6）与ATS和ATP结合，实现列车自动驾驶、有人或无人驾驶。

信号ATC系统依据控制方式以及信息传输方式的不同，系统结构组成和配置方式也完全不同，在工程设计中选择何种配置，须根据行车组织、车辆性能、车站规模、线路条件等，以安全性、可靠性为基本原则，兼顾成熟性、经济性、合理性，以发挥最大效能为目标，并需适当考虑先进性等。

三个子系统通过信息交换网络构成闭环系统，实现地面控制与车上控制结合、现地控制与中央控制结合，构成一个以安全设备为基础，集行车指挥、运行调整以及列车驾驶自动化等功能为一体的列车自动控制系统。

联锁系统

在铁路车站上，为了保证机车车辆和列车在进路上的安全，有效利用站内线路， 高效率地指挥行车和调车，改善行车人员的劳动条件，利用机械、电气自动控制和远程控制、计算机等技术和设备，使车站范围内的信号机、进路和进路上的道岔相互具有制约关系，这种关系称为联锁。为完成联锁关系而安装的技术设备称为联锁设备。

（1）联锁的基本内容

防止建立会导致机车车辆相互冲突的进路；必须使列车或调车车列经过的所有道岔均锁闭在与进路开通方向相符合的位置；必须使信号机的显示与所建立的进路相符合。进路上各区段空闲时才能开放信号；进路上有关道岔在规定位置时才开放信号；敌对信号未关闭时，防护该进路的信号机不能开放。同时这三点也是联锁最基本的三个个技术条件，只有在满足了这三点条件，联锁才能成立，列车进路与调车进路才能安全进行。

（2）联锁设备

控制车站的道岔、进路和信号机，并实现它们之间的联锁关系的设备，称之为联锁设备。联锁设备是轨道交通的重要信号设备，用来在车站和车辆段实现联锁闭塞关系，建立进路，控制道岔的转换和信号机的开关，以及进路解锁，以保证行车安全。联锁设备分为正线车站联锁设备合车辆段联锁设备。联锁设备早期为机械联锁，后来发展成为继电器集中联锁。随着3C技术的快速发展，计算机联锁已经成为联锁设备的主要发展方向。

三、结 论

城市轨道交通信号系统是技术含量高，行车指挥自动化和保障安全的重要技术装备，就现在我国的情况而言，城市轨道交通是人们普遍会选择的交通出行方式，安全是我们首要考虑的问题，就目前而言，我国在世界的大发展中还是处于较为落后的局面。对我国城市轨道交通现代信号国产化进程滞后的现状，必须引起高度关注，尽快提高我国信号装备的技术水平，取长补短，吸取国外先进经验，发展具有中国特色的城市轨道交通现代信号系统，使中国的轨道交通通信信号系统处于国际的前沿。

致 谢

本文是在王静老师的精心指导和支持下完成的，所以首先要感谢我的论文老师王静。通过老师的精心指导以及我这一阶段的努力，我的毕业论文《浅谈城市轨道交通通信系统》终于完成了，这同时也意味着大学三年的生活即将结束。

在大学阶段我在学习上和思想上都受益非浅这除了自身的努力外与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。在本论文的写作过程中我的导师王静老师倾注了大量的心血从选题到开题报告从写作提纲到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题严格把关循循善诱在此我表示衷心感谢。同时感谢我的爸爸妈妈焉得谖草言树之背养育之恩无以回报你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际我的心情无法平静从开始进入课题到论文的顺利完成有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助在这里请接受我诚挚谢意。

参 考 文 献

〔1〕肖宝弟。 对我国城市轨道交通信号系统发展战略的思考。 [J]。现代城市轨道交通 , 2004

〔2〕何蕾 。 城市轨道交通运营管理。[M]。北京：中国铁道出版社 ，2007

〔3〕徐金祥。 城市轨道交通信号基础。[M]。北京：中国铁道出版社 ，2014

〔4〕颜景林 。城市轨道交通设备。[M]。成都：中国铁道出版社 ，2004

〔5〕吕永宏 。刘红燕 。3种城市轨道交通控制系统。[J]。甘肃科技：，2008

〔6〕张唯 。铁道运输设备。[M]。北京：中国铁道出版社，2002

〔7〕张凡。钱传贤。城市轨道交通概论。[M]。成都：西南交通大学出版社，2007

〔8〕林瑜筠 。城市轨道交通信号设备。[M]。北京：中国铁道出版社 ，2006

〔9〕魏晓东 。城市轨道交通自动化系统与技术。[M]北京：电子工业出版社 ，2011

〔10〕赵祎 。地铁CBTC信号系统。〔DB/OL〕2010

〔11〕蔡爱华 季锦章 。地铁信号系统的现状及发展趋势。电子工程师。[J]2000