小波处理分析化学信号的新研究

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1、中山大学博士学位论文小波处理分析化学信号的新研究姓名：王瑛申请学位级别：博士专业：分析化学指导教师：莫金垣2003.6.8小波处理分析化学信号的新研究(分析化学专业)博士生：王瑛指导教师：莫金垣教授摘要分析手段的仪器化和化学体系的复杂化，导致分析信号也趋向大量化、复杂化。把化学计量学方法作为后处理工具，用于处理分析化学信号，已成为一个重要的研究领域。现有的信号处理技术，如Fourier去卷积、曲线拟合、多元校正等具有人为因素影响大、需要进行模型预设、适用范围窄等缺陷，而不能很好地满足实际应用的要求。小波分析作为一种新的

2、数学方法为信号处理提供了新思路。本文致力于研究小波技术在分析化学信号处理中的应用，创立了一系列的信号处理新技术，包括重叠峰解析、滤波去噪、基线校正几个方面，这些技术同时具有先进性、创新性和实用性。创立了“二阶样条小波卷积法”有效解析重叠信号。它充分利用样条小波函数的特性，仅仅通过简单的卷积运算就可以确定重叠信号的组分数、各个峰的位置和峰底宽之比，再巧妙构造解析函数与信号作用，便可使各组分峰都收窄、分辨率提高。它的突出特点是能直接处理含高噪音的信号，该方法已成功用于信噪比为1．0的重叠峰的直接分辨；解析能力强，可使分离度

3、低至0．4的信号达到基线分离；结果准确，处理后低噪音信号峰位置、峰面积误差分别小于0．2％和2．O％，高噪音信号小于o．5％和4．0％，且峰面积保持了十分良好的线性关系；它还能用于多峰重叠体系和完全覆盖重叠峰的解析。本文详细推导方法的理论依据，研究了小波函数、分离度、相对峰高、相对峰宽、信噪比和解析函数的构造对结果的影响，并建立了参数确定规则，避免了选取参数的麻烦和人为因素的影响。将该方法用于电化学重叠信号和光谱重叠信号的解析都获得了满意结果，也充分显示了二阶样条小波卷积法较现有其它方法的优越之处。2．设计了一种全新的

4、滤波方法——“MexicanHat小波去噪算法”(MWDA)。它利用MexicanHat小波的独特优良性能构造滤波项，通过滤波项逼近原始信号而将噪音去除。本文研究了MexicanHat小波在滤波中的独特优势，详细讨论了影响滤波效果的各种因素，包括信噪比、采样频率、末端效应、信号类型等，并建立了参数确定规则，使用时只需估计噪音水平即可得到最佳处理参数，避免了参数选择人为性带来的误差。该方法除噪能力强，对信噪比低至0．3的信号仍然适用，且仅需一次滤波；处理结果准确，滤波后峰位置不变，峰高、峰面积保持着良好的线性关系：适用范

5、围广泛，可用于不同类型信号的滤波，包括含重叠峰的信号，对被处理信号无任何特殊要求。MWDA能极大地提高信噪比，已被成功用于各种电化学信号、光谱倍号的处理中。。3．苕次撵出了tt阑氆接合技零”(TFF)臻予纯学辖号瓣基线梭曩三。一般豹分拆仪器将基线漂移全部作为线性漂移处理，但这种做法的误麓非常犬。研究发现，要准确校正基线必须避除信号蜂对基线掇取的影蛹，零算法莓先攫撼不目的信号自动确定出阙毽，再逶过魏线拟台。闽值截断，曲线拟☆的循环，逐步去除信号蜂，实现了峰与基线的分离，摄取出的基线与真实基线竞垒一致。该方法对禽噪音信号(

6、包撼极赢噪誊)同样适躅，处理缝果不受步}界(信号峰)干扰的影响，对各种类型的基线漂移都其有很好的处理能力。文中详细介绍了该方法的处理原理和程序，并寻找到了最佳处理参数。将TFr运用于电化学信号、色谱信号、X射线衍射信母的基线校正，均获得满意结果。实践证明，阐值拟台技术操作简单，结聚准确，能使基线漂移问题得以有效解决。4．建立了“小渡解析．滤波镑丽法”。它处理辐嗓音重煮信号对，兼有分峰、去峰双重功能，填补了这方面的技术空白。该方法的原理是将解析函数(具有分峰作用)引入到滤波瑷对添蔷号豹遥透过程(其有滤渡律霸)巾，融合二者

7、匏锋瘸，只需黠痿号遴行一次楚璎帮可得到光滑的解析信号，避免了“先滤波，再分峰”处理方式的种种缺陷，简化了操作，减，j、了诿差。实浚涯鹱，宅能翅子镶嚷比低歪0．4显努襄塞仅鸯0，4熬糍嗓啻、≯垂重叠嫠号，能够彻底去除噪音、使信号达到藻线分离，而各峰的峰位置、峰面积保持不变。该方法实现了禽噪音重叠傣号的一次式处理，具有重疆的实用傍僮，已被成功应翅子解决撼细管电泳分离测定中的实际信号处理问题。5。创建7通用于窄带锐蜂信号滤波的“自动分离滤波法”(ASFM)。由于这类信号中有用信息的频率与嗓音频率接近，所以是滤波处理中的难题。

8、本方法打破了依据信噪频率特性进行滤波的传统模式，避免了其宦方法处理时尖峰部分的能量损失问蹶。它能翻动将信母峰与基线分离，蠢自单独滤波，再燕构为完攘韵信号，整个箍联过程无蒋人工干预，实或了信号的究全自动化处理。文中详细讨论了影响处理效果的各种因素及方法的适用性，并与小波分解滤波法、榉条小波撩夸二乘法、棰条疑枣二乘法迸{亍了磁鞍，谶一