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心电信号功率谱分析是生物医学信号处理中的重要技术手段,通过频域分析可以提取心电信号中的关键生理信息。在MATLAB仿真环境中,常用的功率谱估计算法主要包括非参数法和参数法两大类。
非参数法中最典型的是周期图法(Periodogram),其核心思想是直接对信号进行傅里叶变换后取平方。这种方法实现简单,但存在频率分辨率低、方差性能差的缺点。改进的Welch法则通过分段加窗平均来降低估计方差。
参数法以AR模型(自回归模型)为代表,该方法假设信号符合特定的参数模型。通过求解Yule-Walker方程或使用Burg算法估计模型参数,能获得更高分辨率的谱估计结果,特别适用于短数据记录情况。但模型阶数选择不当会导致谱线分裂或虚假峰值。
两种算法各有优势:周期图法适合快速分析且不需要先验假设,AR模型法则能更精确地定位心电信号特征频率(如QRS复合波的5-15Hz成分)。实际应用中常需结合两种方法的分析结果进行交叉验证。