本文關(guān)鍵詞：非線性UKF算法的實現(xiàn)及其在運動軌跡解碼中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：腦機接口的目標(biāo)在于建立一條連接大腦與外部機械設(shè)備渠道,使之可以交互溝通,以此協(xié)助無法通過正常神經(jīng)感官路徑進行行動的病人完成一系列簡單或者復(fù)雜的動作,從而為殘障人士帶來提升生活質(zhì)量和修復(fù)身體相關(guān)運動機能的希望。在這之中,一個有效且穩(wěn)定的實驗系統(tǒng)平臺是腦機接口相關(guān)研究中的關(guān)鍵所在。若研究系統(tǒng)本身存在設(shè)計上的漏洞或無法長期穩(wěn)定運行,那么其研究成果也將不具有說服力。與此同時,在成熟的腦機接口實驗系統(tǒng)中,解碼算法作為核心之一,同樣扮演著至關(guān)重要的角色。近年來,諸多研究項目根據(jù)各自基于的腦機接口實驗平臺與編解碼模型算法使得該領(lǐng)域的研究有了飛速的發(fā)展,同時也為本文所面向的主要問題提供了參考依據(jù)。越來越多研究證明,神經(jīng)元的編解碼特性呈非線性,即以往經(jīng)典的線性模型不足以對神經(jīng)元進行完整的描述。以基于非線性模型的解碼算法可能給出更優(yōu)實驗效果為出發(fā)點,本文主要著手于尋找一種同時滿足在線實驗實時性和解碼表現(xiàn)有效性的非線性解碼算法并將其成功移植到本實驗室的項目系統(tǒng)中。因此,本文所面向的主要工作可以總結(jié)劃分為算法和在線實驗平臺兩大部分。算法部分,本文通過對幾種具有代表性的線性或非線性算法進行綜述,從理論的角度闡述其各自的優(yōu)缺點。再通過離線數(shù)據(jù)分析對比,綜合考慮各類算法的解碼效果與運行速率,最終選取基于非線性模型的解碼算法-無損卡爾曼濾波算法(UKF)作為本項目的在線運行測試算法。通過將解碼效果更優(yōu)的UKF算法移植到系統(tǒng)之中,使得實驗平臺中可選擇的解碼算法種類得到擴充,并以在線實驗效果展示的形式證明了非線性無損卡爾曼濾波算法具有符合在線實驗條件的實時性與有效性,同時也提高了本實驗室腦機接口實驗平臺的可選算法種類以及在線實驗效果。平臺部分,本研究基于實驗室已有的僅能完成離線腦機接口實驗且結(jié)構(gòu)較為凌亂的初始版本腦機接口實驗平臺,該初始平臺無法勝任當(dāng)前在線實驗的項目需求。因此,本文將其進行了結(jié)構(gòu)梳理和模塊優(yōu)化,并完成了多種程序功能的系統(tǒng)拓展,使之能夠完成在線腦機接口避障實驗的功能需求。與此同時,將系統(tǒng)平臺和外部設(shè)備機械臂實時連接,讓機械臂能夠在線實時協(xié)同被試完成對應(yīng)的動作,真正意義上實現(xiàn)了被試在線控制機械臂進行避障實驗的系統(tǒng)功能。
【關(guān)鍵詞】：腦機接口 神經(jīng)元非線性 在線實驗平臺 避障范式 無損卡爾曼濾波算法
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN911.7;R496
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第1章 緒論14-27
• 1.1 腦機接口簡介14-16
• 1.2 非線性算法研究現(xiàn)狀16-23
• 1.2.1 神經(jīng)元編碼模型的非線性特征16-17
• 1.2.2 國內(nèi)外非線性編解碼算法及其實驗平臺研究綜述17-23
• 1.3 研究目標(biāo)與內(nèi)容23-27
• 1.3.1 研究內(nèi)容與意義24-25
• 1.3.2 文章結(jié)構(gòu)安排25-27
• 第2章 實驗材料與數(shù)據(jù)采集27-34
• 2.1 實驗系統(tǒng)搭建27-31
• 2.1.1 原有實驗平臺簡介27-29
• 2.1.2 在線實驗平臺升級需求分析29-31
• 2.2 神經(jīng)/行為信號的采集31-33
• 2.2.1 微電極陣列植入31-32
• 2.2.2 信號采集與預(yù)處理32-33
• 2.3 本章小結(jié)33-34
• 第3章 基于非線性模型的算法設(shè)計34-48
• 3.1 線性算法與非線性算法綜述34-45
• 3.1.1 經(jīng)典線性算法34-38
• 3.1.2 非線性算法38-45
• 3.2 算法理論優(yōu)劣對比與應(yīng)用于在線系統(tǒng)的可行性分析45-47
• 3.3 本章小結(jié)47-48
• 第4章 非線性算法與線性算法效果對比-離線分析48-61
• 4.1 編碼角度48-52
• 4.1.1 神經(jīng)元聚類分析49-51
• 4.1.2 基于統(tǒng)計模型的編碼特性分析51-52
• 4.2 解碼角度52-59
• 4.2.1 線性算法與非線性算法的對比53-57
• 4.2.2 非線性算法與非線性算法的對比57-59
• 4.3 本章小結(jié)59-61
• 第5章 非線性算法在線實驗平臺的應(yīng)用61-76
• 5.1 在線實驗平臺的搭建61-71
• 5.1.1 范式程序設(shè)計61-64
• 5.1.2 解碼程序設(shè)計64-67
• 5.1.3 機械臂控制軟件簡介67-70
• 5.1.4 UKF算法在在線平臺的實現(xiàn)70-71
• 5.2 無損卡爾曼濾波算法的在線平臺應(yīng)用結(jié)果71-75
• 5.2.1 在線實驗策略簡介71-72
• 5.2.2 在線實驗效果展示72-75
• 5.3 本章小結(jié)75-76
• 第6章 總結(jié)及展望76-80
• 6.1 本文總結(jié)76-77
• 6.2 展望77-80
• 參考文獻80-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間主要的研究成果84-85
• 致謝85-86

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1 柯大觀;童勤業(yè);;排列復(fù)雜性度量應(yīng)用于腦機接口信號分析[J];傳感技術(shù)學(xué)報;2007年03期

2 周鵬;曹紅寶;熊屹;張爽;王明時;;一種新型拉普拉斯電極的設(shè)計及其在腦機接口中的應(yīng)用[J];傳感技術(shù)學(xué)報;2007年09期

3 沈廣澤;司峻峰;寧新寶;;一種用于腦機接口的模式識別方法[J];北京生物醫(yī)學(xué)工程;2007年06期

4 趙均榜;張智君;;基于皮層誘發(fā)電位的腦機接口研究進展[J];航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程;2010年01期

5 胡漢彬;祝曄;蔣田仔;;基于功能近紅外光譜技術(shù)的腦機接口研究[J];生物醫(yī)學(xué)工程研究;2010年01期

6 何慶華;吳海靜;田逢春;馮正權(quán);劉濤;鐘美楠;王正國;;用于控制短消息發(fā)送的實時腦機接口系統(tǒng)[J];中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志;2012年03期

7 姚林;張定國;王穎;;腦機接口控制的下肢功能性電刺激系統(tǒng)研究[J];中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報;2012年05期

8 高海娟;徐桂芝;王磊;郭苗苗;;基于雙耳分聽范式的聽覺腦機接口研究[J];河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2013年06期

9 楊幫華,顏國正,丁國清,于蓮芝;腦機接口關(guān)鍵技術(shù)研究[J];北京生物醫(yī)學(xué)工程;2005年04期

10 鄒繼東;陳小平;和衛(wèi)星;趙世婧;吉奕;;小波熵提取腦意識任務(wù)特征的腦機接口設(shè)計[J];中國臨床康復(fù);2006年13期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 錢久超;夏斌;楊文璐;;基于P300誘發(fā)電位的腦機接口技術(shù)研究綜述[A];全國第21屆計算機技術(shù)與應(yīng)用學(xué)術(shù)會議（CACIS·2010）暨全國第2屆安全關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

2 ;腦機接口數(shù)據(jù)競賽[A];首屆全國功能神經(jīng)影像學(xué)和神經(jīng)信息學(xué)研討會論文匯編[C];2003年

3 岳鵬;苗丹民;邱玉輝;;一種眼動型腦機接口的設(shè)計原理[A];計算機技術(shù)與應(yīng)用進展——全國第17屆計算機科學(xué)與技術(shù)應(yīng)用（CACIS）學(xué)術(shù)會議論文集（下冊）[C];2006年

4 何慶華;吳寶明;王禾;卓豫;;腦機接口視覺剌激方法實驗研究[A];中國生物醫(yī)學(xué)工程進展——2007中國生物醫(yī)學(xué)工程聯(lián)合學(xué)術(shù)年會論文集（下冊）[C];2007年

5 周鵬;趙欣;葛家怡;李寧;郁洪強;王明時;;基于運動想象的腦機接口的個性化設(shè)計方法研究[A];天津市生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會2008年年會暨首屆生物醫(yī)學(xué)工程與臨床論壇論文集[C];2008年

6 郭苗苗;徐桂芝;王磊;王江;;基于小波變換的聽覺腦機接口特征信號分析[A];天津市生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會第三十一屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2011年

7 賈文艷;趙香花;高小榕;高上凱;楊福生;;2003年腦機接口數(shù)據(jù)競賽論文之五——想像左右手運動的單次腦電信號分類[A];首屆全國功能神經(jīng)影像學(xué)和神經(jīng)信息學(xué)研討會論文匯編[C];2003年

8 何慶華;吳寶明;王禾;鐘渝;杜曉蘭;彭承琳;;瞬態(tài)視覺誘發(fā)電位在腦機接口中的實驗研究[A];中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會第六次會員代表大會暨學(xué)術(shù)會議論文摘要匯編[C];2004年

9 高小榕;;腦機接口中的信息傳輸技術(shù)[A];Proceedings of the 8th Biennial Conference of the Chinese Society for Neuroscience[C];2009年

10 張少白;陳悅;;腦皮層信號ECoG在腦機接口中的應(yīng)用研究[A];第25屆中國控制與決策會議論文集[C];2013年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 本報記者 羅朝淑;腦機接口：喚起神經(jīng)康復(fù)的新希望[N];科技日報;2011年

2 常麗君;腦機接口讓猴子成功控制虛擬手臂[N];科技日報;2013年

3 葉平安;腦機接口：人與電腦的橋梁[N];電腦報;2014年

4 本報記者 馬文方;腦機接口：互聯(lián)網(wǎng)遙遠(yuǎn)的疆界[N];中國計算機報;2010年

5 實習(xí)生 陳明立;腦機接口,開啟“心靈感應(yīng)”時代[N];科技日報;2010年

6 本報記者 孫燕燕;洪波：腦機接口傳遞思維[N];北京科技報;2010年

7 記者 李鵬;“腦機接口”實驗：意識控制成真[N];北京科技報;2012年

8 松鼠會;腦機接口 不只是科幻[N];科學(xué)導(dǎo)報;2012年

9 安之;未來至上在創(chuàng)“芯”[N];經(jīng)濟日報;2014年

10 記者 陳寧 通訊員 周煒 楊洋;“鼠哥”眼光出眾的奧秘[N];浙江日報;2013年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 趙慧霞;蜜蜂（Apis mellifera L.）腦機接口的飛行控制神經(jīng)機理研究[D];浙江大學(xué);2014年

2 王洪濤;混合腦機接口實現(xiàn)及其應(yīng)用研究[D];華南理工大學(xué);2015年

3 汪芳;基于強化學(xué)習(xí)的植入式腦機接口神經(jīng)信息解碼：算法設(shè)計及應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2015年

4 劉伯強;腦機接口分類算法及實驗研究[D];天津大學(xué);2005年

5 余天佑;多模態(tài)與多自由度腦機接口研究[D];華南理工大學(xué);2013年

6 吳正華;穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位在腦機接口及認(rèn)知過程中的應(yīng)用研究[D];電子科技大學(xué);2008年

7 程明;基于腦電信號的腦—計算機接口的研究[D];清華大學(xué);2004年

8 龍錦益;腦信號分析的算法研究與多模態(tài)腦機接口[D];華南理工大學(xué);2012年

9 朱丹華;基于穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位相位的腦機接口研究[D];浙江大學(xué);2011年

10 何慶華;基于視覺誘發(fā)電位的腦機接口實驗研究[D];重慶大學(xué);2003年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李佳乘;基于穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位腦機接口系統(tǒng)的腦信號處理與研究[D];華南理工大學(xué);2015年

2 張錦濤;P300腦機接口的在線半監(jiān)督學(xué)習(xí)算法與系統(tǒng)研究[D];華南理工大學(xué);2015年

3 吳俊;EEG-fMRI混合腦機接口去噪及信號源定位技術(shù)研究[D];華南理工大學(xué);2015年

4 趙萍萍;基于偽隨機序列的彩色視覺刺激的腦機接口系統(tǒng)[D];蘇州大學(xué);2015年

5 張玉霞;基于P300和SSVEP的混合型腦機接口的分析與研究[D];山東大學(xué);2015年

6 劉楊;腦機接口信號的多模式識別融合技術(shù)研究[D];重慶理工大學(xué);2015年

7 貴照眾;流程可配置分布式運動腦機接口計算平臺的研究與實現(xiàn)[D];浙江大學(xué);2015年

8 馬超;基于單通道腦機接口的嵌入式智能輪椅控制系統(tǒng)研究[D];廣西大學(xué);2015年

9 李茂全;基于VEP的腦機接口系統(tǒng)設(shè)計與研究[D];南昌大學(xué);2015年

10 趙淑菊;基于腦機接口車輛目的地選擇系統(tǒng)的性能測試和影響因素分析[D];北京理工大學(xué);2015年

  本文關(guān)鍵詞：非線性UKF算法的實現(xiàn)及其在運動軌跡解碼中的應(yīng)用，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：315096