基于labview和matlab混合编程的脑mit数字鉴相方法的实现

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1、基于LabView和Matlab混合编程的脑MIT数字鉴相方法的实现【摘要】目的：为实现用于脑磁感应成像系统中的数字鉴相方法，寻求一种高精度的相位检测手段.方法：本研究采用LabVieagicinductiontomography,MIT)中，激励信号与检测信号之间的相位差产生源于磁场中脑组织的存在，同时，对组织电导率的求取可以转化为相位差的求取〔1-3〕.因此寻求一种高精度的相位检测方法对系统设计具有重要意义.IT方面的研究，而采用软件数字鉴相方面仍处于起步阶段.本研究针对模拟鉴相器容易引入噪声，精度难以提高的现象，拟采用

2、数字鉴相方法对MIT监测系统进行改进，旨在实现一种低误差、高精度的软件鉴相方法.　　1材料和方法　　1.1材料　　本系统采用了基于LabVieentsTM,NI)的NI6115，最高采样频率10MHz，12位精度，输出电压范围，最大双通道同步数模转换器(digitalandanalogconvertor,DAC)的输出频率为2.5Msamps/s，程序采用7.0版本编写.数字鉴相算法采用美国Mathp/s，因此每周期最多只能产生12个点.信号的产生采用LabVie,FFT)和相关法采用200阶有限长冲击响应(finitei

3、mpulseresponse,FIR)数字带通滤波器，得到待测信号后进行FFT和相关处理；经典法先将数据通过数字带通滤波器，然后将两路信号相乘，提取直流分量，最后计算相位差，绘制曲线.数字鉴相算法由Matlab编程实现，能够实现采集信号处理和Matlab内部仿真信号处理的功能.　　信号处理软件采用了三种数字鉴相方法.FFT法中采用了以下结论〔7〕：X(l)=NA〖〗2ejφ(2)(2)式中的N代表采样点数，A代表信号幅度，l代表频谱中标志被测信号频率的谱线序列号.对复数X(l)求反正切即可得到初始相位φ.两路信号同时进行以上

4、处理并相减即可得到相位差.具体核心程序如下：X=fft(x);Y=fft(y);//两路信号进行FFT变换theta1=angle(X(41))*180/pi//41代表频谱中第41个数据是信号的谱线theta2=angle(Y(41))*180/pi//对两路信号进行寻谱并求取初始相位theta=theta2theta1;//求取相位差相关法利用相关系数和信号相位差的关系进行编程〔8〕，结论如下：Rxy(0)=AB〖〗2cos(φ1-φ0)(3)φ1-φ0=arccos(2Rxy(0)〖〗AB)(4)其中A=2Rxx(0

5、)，B=2Ryy(0).核心程序如下：rx=sum(x.*x)/N;ry=sum(y.*y)/N;//求取两路信号的自相关系数rxy=sum(x.*y)/N;//求取两路信号的互相关系数sqr=sqrt(rx*ry);phase2=acos(rxy/sqr)/pi*180;//依照结论求取相位差经典法较为常用，其基本思想是将两路具有相位差的同频信号相乘，变为一个倍频信号和一个只具有相位差信息的直流分量的叠加，经过低通滤波器以后即可得到相位差信息.此方法同硬件鉴相器的设计思路一致，属于硬件鉴相的软件实现，但由于直流噪声的存在，

6、使得这种方法的检测结果和理论分析相差较大.　　2结果　　2.1预设相位差步进0.1°时的测量结果双路信号发生器由NI6115实现，产生具有相位差的双路信号，相位差区间为0.1°到0.9°，每次调整信号发生函数，使初始相位差步进0.1°，采集后对数据分别进行数字鉴相，得到如图2所示的检测结果.　　从图2的结果中可以看出，FFT算法和相关算法能够保持很好的线性度，能较好的满足实验的要求，虽然存在一定程度的误差，但是较好的线性度说明误差值在总体上能够保持恒定，同时，此系统误差由FIR数字滤波器的线性相移带来，因此在结果处理的时候

7、能够比较方便的解决误差带来的影响，便于校正.经典法检测效果比较差的原因在于直流分量难于提取，并且直流噪声也不容易去除，可以采用两路信号具有一定频差的方法，对整个系统进一步改进.　　2.2鉴相方法的参数分析为了对计算结果进行定量的分析，区分方法的优劣，本研究提供了误差水平和非线性度的评估方法.具体计算方法如下：ε=20log1〖〗Nm∑i=b〖〗i=a

8、φl-φr

9、(5)NL=20log1〖〗(b-a)m∑i=b〖〗i=a

10、(xi+1-xi-m)

11、(6)　　其中ε为误差，NL为非线性度，N为采样点数，φl为理论相位差，φr为实

12、测相位差，m分别为0.1；a,b为预设定相位差的最小值和最大值（对应曲线横坐标的起始和终止值）.最终，遵循误差越小，非线性度越小，方法越好的原则，对各种方法进行评估.通过计算得知FFT法，相关法和经典法的误差水平分别为：-24.63dB，-18.49dB和14.16dB；非线性度分别为：-