小波處理分析化學信號的新研究

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1、中山大學博士學位論文小波處理分析化學信號的新研究姓名：王瑛申請學位級別：博士專業(yè)：分析化學指導教師：莫金垣2003.6.8小波處理分析化學信號的新研究(分析化學專業(yè))博士生：王瑛指導教師：莫金垣教授摘要分析手段的儀器化和化學體系的復雜化，導致分析信號也趨向大量化、復雜化。把化學計量學方法作為后處理工具，用于處理分析化學信號，已成為一個重要的研究領域?，F(xiàn)有的信號處理技術，如Fourier去卷積、曲線擬合、多元校正等具有人為因素影響大、需要進行模型預設、適用范圍窄等缺陷，而不能很好地滿足實際應用的要求。小波分析作為一種新的

2、數(shù)學方法為信號處理提供了新思路。本文致力于研究小波技術在分析化學信號處理中的應用，創(chuàng)立了一系列的信號處理新技術，包括重疊峰解析、濾波去噪、基線校正幾個方面，這些技術同時具有先進性、創(chuàng)新性和實用性。創(chuàng)立了“二階樣條小波卷積法”有效解析重疊信號。它充分利用樣條小波函數(shù)的特性，僅僅通過簡單的卷積運算就可以確定重疊信號的組分數(shù)、各個峰的位置和峰底寬之比，再巧妙構造解析函數(shù)與信號作用，便可使各組分峰都收窄、分辨率提高。它的突出特點是能直接處理含高噪音的信號，該方法已成功用于信噪比為1．0的重疊峰的直接分辨；解析能力強，可使分離度

3、低至0．4的信號達到基線分離；結果準確，處理后低噪音信號峰位置、峰面積誤差分別小于0．2％和2．O％，高噪音信號小于o．5％和4．0％，且峰面積保持了十分良好的線性關系；它還能用于多峰重疊體系和完全覆蓋重疊峰的解析。本文詳細推導方法的理論依據(jù)，研究了小波函數(shù)、分離度、相對峰高、相對峰寬、信噪比和解析函數(shù)的構造對結果的影響，并建立了參數(shù)確定規(guī)則，避免了選取參數(shù)的麻煩和人為因素的影響。將該方法用于電化學重疊信號和光譜重疊信號的解析都獲得了滿意結果，也充分顯示了二階樣條小波卷積法較現(xiàn)有其它方法的優(yōu)越之處。2．設計了一種全新的

4、濾波方法——“MexicanHat小波去噪算法”(MWDA)。它利用MexicanHat小波的獨特優(yōu)良性能構造濾波項，通過濾波項逼近原始信號而將噪音去除。本文研究了MexicanHat小波在濾波中的獨特優(yōu)勢，詳細討論了影響濾波效果的各種因素，包括信噪比、采樣頻率、末端效應、信號類型等，并建立了參數(shù)確定規(guī)則，使用時只需估計噪音水平即可得到最佳處理參數(shù)，避免了參數(shù)選擇人為性帶來的誤差。該方法除噪能力強，對信噪比低至0．3的信號仍然適用，且僅需一次濾波；處理結果準確，濾波后峰位置不變，峰高、峰面積保持著良好的線性關系：適用范

5、圍廣泛，可用于不同類型信號的濾波，包括含重疊峰的信號，對被處理信號無任何特殊要求。MWDA能極大地提高信噪比，已被成功用于各種電化學信號、光譜倍號的處理中。。3．苕次攆出了tt闌氆接合技零”(TFF)臻予純學轄號瓣基線梭曩三。一般豹分拆儀器將基線漂移全部作為線性漂移處理，但這種做法的誤麓非常犬。研究發(fā)現(xiàn)，要準確校正基線必須避除信號蜂對基線掇取的影蛹，零算法莓先攫撼不目的信號自動確定出闕毽，再逶過魏線擬臺。閩值截斷，曲線擬☆的循環(huán)，逐步去除信號蜂，實現(xiàn)了峰與基線的分離，攝取出的基線與真實基線競壘一致。該方法對禽噪音信號(

6、包撼極贏噪謄)同樣適躅，處理縫果不受步}界(信號峰)干擾的影響，對各種類型的基線漂移都其有很好的處理能力。文中詳細介紹了該方法的處理原理和程序，并尋找到了最佳處理參數(shù)。將TFr運用于電化學信號、色譜信號、X射線衍射信母的基線校正，均獲得滿意結果。實踐證明，闡值擬臺技術操作簡單，結聚準確，能使基線漂移問題得以有效解決。4．建立了“小渡解析．濾波鎊麗法”。它處理輻嗓音重煮信號對，兼有分峰、去峰雙重功能，填補了這方面的技術空白。該方法的原理是將解析函數(shù)(具有分峰作用)引入到濾波璦對添薔號豹遙透過程(其有濾渡律霸)巾，融合二者

7、匏鋒瘸，只需黠痿號遴行一次楚瓔幫可得到光滑的解析信號，避免了“先濾波，再分峰”處理方式的種種缺陷，簡化了操作，減，j、了諉差。實浚涯鹱，宅能翅子鑲嚷比低歪0．4顯努襄塞僅鴦0，4熬糍嗓啻、≯垂重疊嫠號，能夠徹底去除噪音、使信號達到藻線分離，而各峰的峰位置、峰面積保持不變。該方法實現(xiàn)了禽噪音重疊傣號的一次式處理，具有重疆的實用傍僮，已被成功應翅子解決撼細管電泳分離測定中的實際信號處理問題。5。創(chuàng)建7通用于窄帶銳蜂信號濾波的“自動分離濾波法”(ASFM)。由于這類信號中有用信息的頻率與嗓音頻率接近，所以是濾波處理中的難題。

8、本方法打破了依據(jù)信噪頻率特性進行濾波的傳統(tǒng)模式，避免了其宦方法處理時尖峰部分的能量損失問蹶。它能翻動將信母峰與基線分離，蠢自單獨濾波，再燕構為完攘韻信號，整個箍聯(lián)過程無蔣人工干預，實或了信號的究全自動化處理。文中詳細討論了影響處理效果的各種因素及方法的適用性，并與小波分解濾波法、櫸條小波撩夸二乘法、棰條疑棗二乘法迸{亍了磁鞍，讖一