脑电信号是人体所携带的生物电信号,能够记录大脑神经元活动信息。脑电信号必须取自活体,天然支持活体检测功能,同时,由于任何人都无法模仿他人的思维,且人在受胁迫、精神紧张时的脑电信号与平静状态存在差异,因而采用脑电信号做身份识别具有极高的安全性,是对传统生物特征识别系统的一个重要补充。然而,脑电信号非常微弱,极易受到各种环境因素及个体因素的干扰,对脑电身份识别系统的性能产生严重影响。现有的脑电信号预处理技术存在诸多局限,如只适于处理多电极脑电信号、分解过程耗时缺乏实际指导意义、去噪过程需要人工干预等。因而,找到一种自动有效的单电极脑电信号预处理方法,具有重要意义。脑电信号区别于其它人体生物特征模态的另一个重要特点就是能够实时地反映人体生理病理信息或思维状态变化。基于此,脑电信号除了用于传统的身份识别及临床医学领域以外,还有很多其它新兴的应用,如教育娱乐领域,可以利用脑电信号控制游戏,训练对注意力的控制能力；人工智能领域,可以利用脑电信号控制智能轮椅、汽车中控系统等。同时,便携式干电极脑电采集设备的出现,加速了脑电相关技术的实用化,本文也展开了对脑电信号多方面应用的研究。本文的研究工作主要分为两个部分：单电极脑电信号的预处理技术和基于脑电信号的相关应用。论文的主要工作如下：1.脑电信号作为一种新的模态,相应的数据库是很缺乏的。本文在尽量还原真实放松的场景下,建立一个单电极脑电信号数据库,并对库内数据格式做标准化,供训练、测试、分析和评估算法。2.对现有单电极脑电信号预处理方法EEMD-ICA做综合研究分析,并针对已有算法的不足,提出了一种时频结合的单电极脑电信号预处理方法TESWT,并与现有的方法进行了对比,实验结果证明本文提出的算法具有去噪效果好、处理效率高、能够实现自动去噪等优势。3.针对脑电信号的特性,本文整合了基于脑电信号的开集身份识别、脑电信号疲劳检测预警、意念控制游戏等多方面的应用,设计开发了一套基于脑电应用的演示系统,对上述三种应用的相关技术原理及实际应用价值做了展示和分析阐述。