专利名称：一种多频率同步信号源的合成方法
技术领域：
本发明属于医疗电子仪器及测试计量技术领域，涉及一种多频率同步信号源的 合成方法。
背景技术：
生物电阻抗频谱(Bioimpedifflce Spectroscopy，简称BIS)技术作为一种无创检测
方法，在人体生理、病理参数监测方面具有广泛的应用前景。BIS测量通常是借助置于 体表的激励电极向被测对象施加微小的交变电流或电压信号，同时通过测量电极检测组 织表面的电压或电流信号，由所测信号计算出相应的电阻抗及其变化，获取相关的生理 和病理信息。该技术具有廉价、安全、无毒无害、操作简便等特点，具有广泛的应用前景。当前所有的BIS测量法本质上都属于分时单频测量法，即每个频率所对应的物 理量是在不同的时间测量的，完成一次扫频测量所需的时间相对较长。但是，由于生 物体是一个不断运动的有机体，生物组织的电阻抗不断变化，同时在不同测量频点切换 时，新频率下生物电阻抗信息测量的建立时间较长，所以这种分时测量的方法所提供的 数据不能准确反映某时刻生物体的电阻抗信息。如果能够把扫频时间减少，在较短时间 内所测得的各个频率点的阻抗信息更能准确反映被测组织的真实阻抗信息。因此，研究 BIS的多频率同步测量方法，实现多频率阻抗的“瞬时”扫频测量是非常有意义的。BIS多频率同步测量的一大难点是如何产生合适的多频率同步激励信号源。近 几年已有学者在同步信号源设计方面进行了有益的尝试。例如天津大学的王超老师提出 了用一片直接数字合成(DDS)芯片产生两路同相不同频的正弦波信号，然后通过差分运 放实现同步的方法。就当前的技术来讲，要在同一片DDS芯片上实现两路信号同步是比 较容易的，但是要在不同DDS芯片所产生的更多路信号之间实现同步，这在硬件上是很 难实现或低成本实现的。BIS技术的理论基础是Cole-Cole阻抗模型，而求解Cole-Cole 阻抗模型的4个参数(礼、R00, α、τ)至少需要4个频率点的阻抗数据，由此可见，只 含有两个频率点的同步激励信号不能满足后续数据处理的要求，只有含有4个频率点以 上的同步激励信号才具有实际测量应用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种多频率同步信号源的合成方法，通过该方法合成的多 频率同步信号可以作为生物电阻抗频谱、电化学阻抗谱测量的激励信号源，实现多频率 同步测量。本发明所采用的技术方案是，一种多频率同步信号源的合成方法，按照以下步 骤实施步骤1、首先确定要合成的多频率同步信号中主频率的个数N，N必须为奇数， 由此确定在一个周期Ttl内信号被细分为2Ν等分；
步骤2、找出Walsh函数系中的前N个对称奇函数SAL(2°，t)，SAL(21, t)，......，SAL(2n-1, t)在一个周期内的向量，每个向量包含元素；步骤3、将N个向量累加求和，得到和向量g (N，t)；步骤4、用符号函数SgnO对和向量g (N，t)进行归一化处理，由此得到只取+1 和-1两个值的多频率同步信号在一个周期Ttl内的向量f(N，t)；步骤5、将f(N，t)以基频周期Ttl重复，即得周期的多频率同步信号。本发明方法合成的多频率同步信号源，具有多种非常理想时域和频域特性，非 常适合作为生物电阻抗频谱测量的多频率同步激励信号，还可作为电化学阻抗谱测量的 激励信号源，使阻抗频谱的多频率同步测量成为可能，具有重要的实用价值。
图1是本发明方法的多频率同步信号合成流程图；图2是本发明实施例1中的五个对称奇函数SAL (2°，t) SAL (24，t)在一个统 一周期Ttl内的波形图，它们是长度为32的二值向量；图3是本发明实施例1中五个对称奇函数的累加和向量g(5，t)的信号波形图；图4是本发明实施例1中将累加和向量g(5，t)归一化后所得f(5，t)的信号波 形图；图5是本发明实施例1所得的五频率同步信号f(5，t)的幅值谱；图6是本发明实施例1所得的五频率同步信号f(5，t)的功率谱；图7是本发明实施例2中的七个对称奇函数SAL (2°，t) SAL (26，t)在一个统 一周期Ttl内的波形图，它们是长度为128的二值向量；图8是本发明实施例2中七个对称奇函数的累加和向量g(7，t)的信号波形图；图9是本发明实施例2中将累加和向量g(7，t)归一化后所得f(7，t)的信号波 形图；图10是本发明实施例2所得的七频率同步信号f(7，t)的幅值谱；图11是本发明实施例2所得的七频率同步信号f(7，t)的功率谱。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。本发明的多频率同步信号源合成方法是基于Walsh函数理论。Walsh函数是由美 国学者Joseph L.Walsh于1923年首次提出，是一个在时间域
里取值为+1和-1的 完备标准正交函数系，在一个归一化频率周期内，Walsh函数由具有+1和-1两个幅值的 一系矩形波构成。Walsh函数在通信、信号处理、图像处理、模式识别以及频谱测量等领 域中获得了广泛应用。Walsh函数的表达式为WAL(n，t)，其中η代表阶数，t为时间。 类似于傅里叶级数分解里的正、余弦函数对，Walsh函数也可以用偶函数CAL(n，t)和奇 函数SAL (n，t)表示为SAL (k，t) =WAL(2k-l, t)CAL (k，t) =WAL (2k，t)(1)当WAL(n，t)中 η 取值为 1，3，7，...，2k_l(k=l，2，…)时，Walsh 函数为一系列频率为2H的方波序列，即 WAL(2k-l, t) = SAL(2k_1, t) = Sgn (sin2k π t) (2) 式中，Sgn(x)表示符号函数 for jc >0 0 for x = Q -1 for x < 0
由错误！未找到引用源。和错误！未找到引用源。式能够得出在时域里Walsh 函数SALd t)和三角函数sin(2k Jit)最为接近，具有相同的对称性和相同的频率。因 此，采用简单的加法运算将Walsh函数SAL (H，t)合成多频率同步函数
权利要求
1.一种多频率同步信号源的合成方法，其特征在于按照以下步骤实施步骤1、首先确定要合成的多频率同步信号中主频率的个数N，N必须为奇数，由此 确定在一个周期Ttl内信号被细分为2N等分；步骤2、找出Walsh函数系中的前N个对称奇函数SAL (2°，t)，SAL (21, t)，......，SAL(2n-1, t)在一个周期内的向量，每个向量包含元素；步骤3、将N个向量累加求和，得到和向量g(N，t)；步骤4、用符号函数SgnO对和向量g(N，t)进行归一化处理，由此得到只取+1和-1 两个值的多频率同步信号在一个周期Ttl内的向量f(N，t)；步骤5、将f(N，t)以基频周期Ttl重复，即得周期的多频率同步信号。
2.根据权利要求1所述的多频率同步信号源的合成方法，其特征在于步骤1中， 当N = 5时，选用五频率同步信号在一个周期Ttl内的向量f(5，t，在一个周期内)表示 为包含 32 个元素的向量形式f(5，t) =[1，1，1，1，1，1，1，-1，1，1，1，-1， 1，-1，-1，-1，1，1，1，-1，1，-1，-1，-1，1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，-1]。
3.根据权利要求1所述的多频率同步信号源的合成方法，其特征在于步 骤1中，当N=7时，选用七频率同步信号，七频率同步信号在一个周期Ttl内的 向量f(7，t)，在一个周期内表示为包含128个元素的向量形式f(7，t) = [1, 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， -1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， -1， 1， 1， 1， -1， 1， -1， -1， -1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， -1， 1， 1， 1， -1， 1，-1，-1，-1，1，1，1，-1，1，-1，-1，-1，1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，-1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， 1， -1， 1， 1， 1， -1， 1， -1， -1， -1， 1， 1， 1， -1， 1，-1，-1，-1，1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，1，1，1，-1，1，-1，-1，-1， 1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，-1 ，-1，-1，-1，-1]。
全文摘要
本发明公开了一种多频率同步信号源的合成方法，按照以下步骤实施首先确定要合成的多频率同步信号中主频率的个数N，N必须为奇数，由此确定在一个周期T0内信号被细分为2N等分；找出Walsh函数系中的前N个对称奇函数SAL(20，t)，SAL(21，t)，......，SAL(2N-1，t)在一个周期内的向量，每个向量包含2N个元素；将N个向量累加求和，得到和向量g(N，t)；用符号函数sgn()对和向量g(N，t)进行归一化处理，由此得到只取+1和-1两个值的多频率同步信号在一个周期T0内的向量f(N，t)；将f(N，t)以基频周期T0重复，即得周期的多频率同步信号。本发明方法合成的多频率同步信号源，具有多种非常理想时域和频域特性，实现了阻抗频谱的多频率同步测量。
文档编号A61B5/053GK102008302SQ201010292810
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月25日 优先权日2010年9月25日
发明者杨宇祥 申请人:西安理工大学