[发明专利]一种基于随机解调结构的心电信号压缩采样装置及方法

权利要求书

1.一种基于随机解调结构的心电信号压缩采样装置，其特征在于，包括FPGA控制器、伪随机信号发生器、混频器、模拟滤波器、AD采样器、存储器、数据传输芯片和上位机依次电连接，FPGA控制器与模拟滤波器电连接，用于SPI初始化，FPGA控制器与AD采样器电连接，用于采样时钟，FPGA控制器与存储器、数据传输芯片和上位机分别电连接，用于控制存储输出。

2.一种基于随机解调结构的心电信号压缩采样方法，其特征在于，包含如下步骤：

步骤一、采用FPGA控制器，在ROM中存储一段伪随机序列，循环读出产生的模拟伪随机序列信号P(t)；

步骤二、将伪随机序列信号P(t)与心电信号X(t)接入混频器得到混频信号Y₁(t)，使得心电信号X(t)频率成分分布于整个频轴；

步骤三、通过模拟滤波器的低通滤波截取频率成分得到滤波后信号Y₂(t)；

步骤四、利用AD采样器对滤波后的信号Y₂(t)进行均匀采样，得到观测值向量Y(m)；

步骤五、将采样后的信息存储、传输到电脑上位机端，以正交匹配追踪算法精确重构电信号。

3.根据权利要求2所述的一种基于随机解调结构的心电信号压缩采样方法，其特征在于：在步骤一中，伪随机序列信号P(t)是随机分布的±1元素，且元素跳变频率高于心电信号X(t)最高频率分布的两倍。

4.根据权利要求2所述的一种基于随机解调结构的心电信号压缩采样方法，其特征在于：在步骤二中，伪随机序列信号P(t)与心电信号X(t)混频的时域形式为：Y₁(t)＝X(t)×P(t)；

在步骤三中，低通滤波器的单位脉冲响应为h(t)，混频信号低通滤波相当于Y₁(t)与单位脉冲响应h(t)卷积，频域形式为：

5.根据权利要求2所述的一种基于随机解调结构的心电信号压缩采样方法，其特征在于：步骤四中所述第m个观测值向量Y(m)为：

其中，T_S为采样间隔，为采样频率。

6.根据权利要求2所述的一种基于随机解调结构的心电信号压缩采样方法，其特征在于：步骤五中，所述正交匹配追踪算法精确重构电信号包括如下步骤：

S1.AD采样器采样得到无符号二进制数据，依据AD特性转换为十进制形式的观测值向量Y(m)；

S2.假设伪随机序列P(t)中元素先后分布顺序为P(1)、P(2)...P(N)，伪随机序列与源信号以混频器混频，依相乘过程构建对角矩阵P如下：

S3.采用双线性变换法将模拟滤波器单位脉冲响应h(t)离散化得到向量h(n)，离散化频率与伪随机序列P(t)跳变频率一致，假设h(n)中元素顺序为h(1)、h(2)....h(N)，依卷积过程可构建单位脉冲响应矩阵H如下：

S4.构建观测矩阵

7.根据权利要求6所述的一种基于随机解调结构的心电信号压缩采样方法，其特征在于：计算出感知矩阵其中，稀疏矩阵ψ为傅里叶逆变换矩阵，为观测矩阵。