Адаптивные компенсаторы помех

Для борьбы с сосредоточенными и физиологическими помехами в биотелеметрии могут также использоваться адаптивные компенсаторы помех.

Принцип работы адаптивного компенсатора рассмотрим по схеме, изображенной на рис. 9.10. Регистрируемый сигнал х_вх с выхода электродов или датчиков и сосредоточенная помеха N₀ поступают на основной вход 1 компенсатора. На компенсирующий дополнительный вход 2 подается только помеха N_{. Пройдя через адаптивный фильтр, эта помеха образует на его выходе шумовой сигнал N₂. Причем параметры фильтра выбираются таким образом, чтобы N₂ как можно меньше отличалась от N₀ в основном канале. В идеальном случае, когда N₂ = N₀, на выходе вычитающего устройства помеха будет полностью скомпенсирована. Однако поскольку заранее характеристики помехи неизвестны, то обычно N₂ ф N₀, поэтому на выходе системы будет сформирован сигнал, отличающийся от входного:

Рис. 9.10.

Чтобы это отличие уменьшить, вводят цепь обратной связи, через которую осуществляется автоматическая подстройка (адаптация) параметров фильтра в зависимости от расхождения (ошибки г) между х_ВЬ|Х и х_вх.

Схема адаптивного компенсатора помех промышленной частоты при регистрации ЭКГ, работающего по этому принципу, приведена на рис. 9.11 [164]. На основной вход 1 через УБП подается сигнал ЭКГ, а на компенсирующий 2 — опорный сигнал от сети промышленной частоты (50 Гц). Опорный сигнал с помощью фазовращателя (90°) разлагается на квадратурные составляющие /V, и /V, каждая из которых усиливается весовыми усилителями Ус1, Ус2 с переменными коэффициентами усиления К_] и К₂ и затем суммируется, образуя выходной сигнал фильтра N₂. Путем определенного подбора коэффициентов усиления К_[ и К₂ (весовых коэффициентов) добиваются, чтобы выходной сигнал изменялся по амплитуде и фазе таким образом, чтобы полностью скомпенсировать помеху в вычитающем устройстве. Алгоритм вычисления текущих значений весовых коэффициентов на (л + 1)-м шаге при использовании критерия минимума среднеквадратической ошибки СКО следующий:

где К_х(п) и К₂{п) — значения весовых коэффициентов на предыдущем л-м шаге; У, (л), /У,(л) — значения квадратурных составляющих на л-м шаге; ц — постоянный коэффициент, обеспечивающий устойчивость системы и необходимую скорость адаптации; е (л) — ошибка на л-м шаге. Этот алгоритм реализуется с помощью вычислительного устройства. На рис. 9.12 показаны результаты применения представленного компенсатора для подавления помех Промышленной частоты. Компенсаторы помех подобного типа могут использоваться для подавления сосредоточенных помех видеои радиочастот.

Одним из неудобств рассмотренной схемы с ЛОС, как и компенсаторов помех, является наличие дополнительного опорного входа (или системы опорных входов). На практике это означает, что кроме информационных каналов отведения биопотенциалов необходимо разместить на теле еще дополнительные электроды и датчики для опорных входов. Это усложняет систему, создает дополнительные источники помех, уменьшает надежность ее работы. С целью исключения этих неудобств можно использовать схему, изображенную на рис. 9.13. Она имеет только один информационный вход X. Смесь сигнала X и помех N пропускается через гребенку узкополосных фильтров ГФ, т. е. осуществляется дискретизация спектра входного сигнала по частотам со, со₂, …, со, разделенным друг от друга на интервал Дсо = 2п / Т, где Т — длительность сигнала. Затем каждая из выделенных частотных составляющих сигнала и помехи подвергается обработке с помощью алгоритма (9.81) по схеме, аналогичной схеме на рис. 9.11. Опорные сигналы с частотами со, <�о₂, …, со, формируются генератором гармоник ГГ, каждая из которых после разложения на квадратурные составляющие используется для формирования по схеме рис. 9.10 компенсационного сигнала. На выходе вычислителя получаются дискретные составляющие сигнала, очищенные от помех. С помощью интерполятора И (см. рис. 9.13) восстанавливают исходный сигнал по его спектральным отсчетам. Эта схема может быть эффективно использована для выделения детерминированного или квазидетерминированного сигнала на фоне широкополосных помех.

Для выделения вызванных потенциалов, отдельных зубцов ЭКГ можно использовать синхронный накопитель.

Рис. 9.13.