پایان نامه کاربرد فیلتر کالمن عصبی در بهبود سیگنالهای صوتی

پایان نامه کاربرد فیلتر کالمن عصبی در بهبود سیگنالهای صوتی

چکیده:

در فصل اول، پایان نامه مروری بر پژوهشهای انجام شده توسط محققان و دانشمندا ن طی نیم قرن اخیر دارد و سعی می کند تا روند تکامل خانواده فیلتر کالمن را مورد بررسی قرار دهد. در فصل دوم به معرفی فیلتر کالمن، فیلتر کالمن توسعه یافته و فیلتر کالمن دوگانه می پردازد و روابط آنها و چگونگی استخراج این روابط تشریح می گردد . در فصل سوم موضوع شناسایی سیتمهای خطی و غیر خطی مطرح می گردد و انواع روشهای شناسایی سیستمهای خطی و غیر خطی مورد مطالعه قرار می گیرد . همچنین کاربرد شبکه عصبی در شناسایی سیستمهای غیر خطی و نحوه آموزش و انتخاب ساختار شبکه عصبی تشریح می گردد و در ادامه نحوه آموزش شبکه عصبی انتخاب شده ارائه می گردد . در فصل چهارم نیز به ارائه شبیه سازیهای انجام شده با نرم افزار Matlab 6.5 و مقایسه آنها با یکدیگر پرداخته شده است.

لیست برنامه های نوشته شده نیز در پیوست ۱ ارائه گردیده است.

مقدمه:

موضوع بهبود گفتار با نیاز به افزایش کیف یت عملکرد سیستمهای ارتباطی صوتی در محیط های نویزی ، مطرح گردید . رنج عملکردی وسیعی برای سیستمهای تشخیص گفتار جهت بهبود ارتباط از راه دور در هوانوردی ، صنایع نظامی ، گفتگوهای راه دور و محیط های سلولی وجود دارد . هدف ما نیز در این پایان نامه بهبود کیفیت قابل ملاحظه گفتار یا افزایش قابلیت فهم آن می باشد.

کاربردهای فراوانی از بهبود گفتارهای صوتی تا پیش بینی های اقتصادی و کنترل تطبیقی نیازمند تخمین و مدلسازی دنباله های زمانی نویزی می باشند . از این جمله می توان به بهبود گفتارهای صوتی ، پیش بینی اقتصادی ، مدلسازی ژئو فیزیکی و بسیاری کاربردهای دیگر اشاره کرد. یک دنباله زمانی نویزی می تواند با یک مدل احتمالی که هر دوی اجزای تقریبی و دقیق دینامیک ها را تخمین می زند ، توصیف شود . چنین مدلی می تواند به همراه فیلتر کالمن (یا فیلتر کالمن توسعه یافته) جهت تخمین و پیش بینی سری زمانی از مشاهدات نویزی بکار گیری شود.

فیلتر کالمن یک فیلتر بهینه خطی است که بر روی فضای حالت سیتمهای خطی استاتیکی و دینامیکی اثر گذاشته و یک تخمین بهینه از حالتهای سیستم با استفاده از معادلات بر گشت پذیر و دینامیکی خود در شرایطی که دسترسی به آنها میسر نباشد ارائه می دهد. همچنین این فیلتر می تواند تاثیر کلیه اطلاعات گذشته و ابتدایی سیستم را نیز در تخمین هر لحظه خود لحاظ نماید.

بنابراین با توضیحات ارائه شده در بالا می توان فهمید که جهت بازیابی یک سیکنال صوتی به یک تخمین خوب نیاز است اما موضوع مهم این است که فیلتر کالمن خطی قادر به ارائه تخمین از مدلهای سیستمهای غیر خطی نمی باشد حال آنکه اکثر سیستمهای واقعی که سیستمهای صوتی نیز از این جمله می باشند ماهیت غیر خطی دارند. لذا در این پایان نامه بر آن شدیم تا با مطالعه بر روی فیلتر کالمن توسعه یافته و به کمک شبکه های عصبی بتوانیم موضوع مدلسازی و تخمین سیگنال صوتی را با فرض غیر خطی بودن آن بررسی نماییم.

1- مروری بر پژوهش های پیشین

1-1- فیلتر وینر:

روبرت وینر به همراه نویلسون از دانشگاه MIT امریکا در خلال سالهای ۱۹۴۰ تا ۱۹۴۹ تحقیق گسترده ای را جهت یافتن یک فیلتر بهینه به منظور تخمین حالتهای سیستمهای خطی انجام دادند که نهایتا در سال ۱۹۴۹ منجر به معرفی فیلتر وینر گردید. این فیلتر یک تخمین خطی با حداقل کردن میانگین مربعات خطا (LMMSE) برای سیگنال مشاهده شده ارائه می دهد. اما این فیلتر دارای چند مشکل بود. اول آنکه ما نیازمند تخمینهای علی هستیم و در نتیجه برای تخمین علی بایستی از فیلتر وینر علی استفاده شود در حالیکه فیلتر وینر فقط N مشاهده جدید را جهت تخمین بکارگیری می کرد و در نتیجه ممکن بود اطلاعاتی از سیگنال در مشاهدات گذشته وجود داشته باشد که در این صورت از بین می رفت. دوم آنکه این فیلتر فقط برای نویزهای ثابت با میانگین صفر طراحی شده بود در حالیکه در دنیای واقعیت انواع نویزهای غیر ثابت وجود دارد. سوم آنکه فیلتر وینر جهت ارائه تخمین سیگنال نیاز به چگالی طیفی و تابع خود همبستگی سیگنال دارد که در همه مواقع در دسترس نمی باشد. وچهارم آنکه تخمینهای LMMSE و ML و MAP که جهت محاسبات این فیلتر بکار می روند در هر زمان نیاز به مشاهدات جدید بودند که مستلزم حافظه بالا بود. همه این عوامل محققان را در طی سالهای ۱۹۵۰ تا ۱۹۶۰ به فکر انداخت تا در پی معرفی فیلتری جدید با قابلیت ارائه تخمین خطی بهینه از طریق مینیمم کردن میانگین خطا و عاری از مشکلات فیلتر وینر باشند.

خرید فایل

دانلود پروژه بررسی سیگنالهای الکترو مایوگرافی در حرکت دست در 187 صفحه ورد قابل ویرایش با فرمت doc

دانلود پروژه بررسی سیگنالهای الکترو مایوگرافی در حرکت دست در 187 صفحه ورد قابل ویرایش با فرمت doc

الکترو ما یو گرافی روشی تجربی در زمینه ی بسط ، ثبت وانالیز سیگنال های الکتریکی عضله است . سیگنال های الکتریکی عضله بوسیله ئگرگونیهای فیزیو لو ژیکی در غشا فیبر عضلانی شکل می گیرند. الکترو مایو گرافی شامل ردیا بی ثبت ، تقویت ،انالیز وتفسیر جهت سیگنال های ایجاد شده توسط عضله اسکلتی ،هنگام فعالیت برای تولید نیرو است.اهداف کلی در این فصل معرفی جامع سیگنال الکترومایو گرافی،وهم چنین منشا ایجاد سیگنال میباشد برای فهم کامل این موضوع شرح مختصری از اناتومی عضله اورده شده است.هم جنین در مورد فاکتور های موثر بر سیگنال توضیح مختصری داده شده که در فصل های اتی به انها پرداخته می شود.به طور کلی در این فصل هدف درک کامل EMGبرای کاربرد درست ان در زمینه های مختلف می باشد،که ما در این تحقیق به بررسی ان در حرکت دست می پردازیم.

۲-۱الکترومایو گرافی چیست؟

الکترو مایو گرافی مطالعه عملکرد عضله از طریق تحلیل سیگنال های الکتریکی تولید شده در حین انقباضات عضلانی است .EMGاغلب به طور نادرستی به وسیله ی پزشکان ومحققان به کار گرفته می شود.در بیشتر موارد حتی الکترو مایو گرافر های با تجربه نیز نمی توانند اطلا عات کافی وجزییات مورد نظر را از پروتکل به دست اورند و لذا محققان دیگر مجازند که کارهای انها را تکرار کنند.

الکترومایو گرافی اندازه گیری سیگنال الکتریکی همراه با تحریک عضله است که می تواند شامل عضلات ارادی وغیر ارادی شود.وضعیت EMG انقباصات عضله ارادی به میزان کشش بستگی دارد.واحد عملکری انقباض عضله یک واحد حرکتی است که متشکل از یک نورون الف منفرد وتمام فیبر هایی که از ان منشعب می شوند.وقتی پتانسیل عمل عصب حرکتی که فیبر را تغذیه می کند به استانه ی دپلاریزاسیون برسد فیبر عضله منقبض می شود .دپلاریزاسیون با عث ایجاد میدان الکترو مغناطیسسی می شود واین پتانسیل به عنوان ولتاژ انداره گرفته میشود .دپلاریزاسیون که در طول غشا عضله منتشر می شود یک پتانسیل عمل عضله است .پتانسیل عمل واحد حرکتی مجموع پتانسیل عمل های منفرد تمامی فیبر های یک واحد حرکتی است .بنابراین سیگنال EMG جمع جبری تمام پتانسیل عمل های واحد های حرکتی موجود در ناحیه ای است که الکترود درانجا قرار گرفته است.ناحیه ی قرار گرفتن الکترود معمولا شامل بیش از یک واحد حرکتی است زیرا فیبر های عضلا نی واحد های حرکتی مختلف در تمام طول عضله در ترکیب با هم قرار دارند . هر بخش از عضله می تواند حاوی فیبرهای متعلق به حدود ۲۰ تا ۵۰ واحد حرکتی باشد.یا واحد حرکتی مستقل می تواند دارای ۳ تا ۲۰۰۰ فیبر عضله باشد. عضلاتی که پنج حرکت را در کنترل دارند از تعداد فیبر های عضلانی کمتری به ازای هر واحد حرکتی بر خوردارند (معمولا کمتر از ۱۰ فیبر به ازای هر واحد حرکتی).در مقابل عضلاتی که محدودی وسیعی از حرکات را در کنترل دارند دارای ۱۰۰ تا ۱۰۰۰فیبر در هر واحد حرکتی می باشند . در خلال انقباضات عضلانی ترتیب خاصی وجود دارد به این صورت که واحد های حرکتی با فیبر عضلاتی کمتر درابتدا وسپس واحد های حرکتی دارای فیبر های عضلانی بیشتر منقبض می شوند .تعداد واحدهای حرکتی درعضلات بدن متغیر است .رابطه ای بین EMGبا سایر متغیر های بیو مکانیکی وجود دارد . با در نظر گرفتن انقباضات ایزومتریک ،رابطه ای مثبت در افزایش کشش عضله و دامنه سیگنال ثبت شده EMG وجود دارد . اگرچه یک زمانتاخیر وجود دارد و به این دلیل است که دامنه EMGبه صورت مستقیم با build – up کشش ایزو متریک در تطابق نیست .برای تخمین قدرت تولید شده ازروی سیگنال EMG می بایست دقت زیادی کرد چون اعتبار رابطه ی نیرو با دامنه وقتی تعداد زیادی عضله از یک مفصل منشعب شده اند یا یک عضله به مفاصل متعددی وصل است قطعی نیست .در بررسی فعالیت یک عضله با توجه به انقباضات Concentricوeccentric مشخص می شود که انقباضات eccentric نسبت به انقباضات Concentric در مقابل نیروی وارده برابر فعالیت کمتری در عضله تولید می کنند.همراه با خستگی عضله ،کاهش در میزان کشش عضله اغلب همراه با دامنه ثابت یا حتی بیشتر در فعالیت عضله مشاهده می شود.بخش پر فرکانس سیگنال همراه با خستگی فرد افت می کند و می تواند به صورت کاهش در فرکانس مرکزی سیگنال عضله دیده شود.در خلال حرکت رابطه ای تقریبی بین EMG وسرعت حرکت مشاهده می شود .رابطه ای معکوس بین قدرت انقباض تولید شده بوسیله ی انقباض concentric و سرعت حرکت وجود دارد در حالیکه eccentric توانایی حمل وزنه بیشتر با سرعت بیشتری را دارد. به عنوان مثال اگر وزنه ای بزرگ وسنگین را به سرعت ولی با کنتر ل پایین ببرید ان وزنه ر ابا استفاده از انقباض eccentric پایین برده اید.شما قادر نخواهید بود که وزنه را با همان سرعت پایین بردن ،بالا ببرید (انقباض concentric).نیروی تولید شده لزوما بیشتر نخواهد بود امام شما توانستید وزنه بیشتر ی را حمل کنید و فعالیت EMGدر عضلات مورد استفاده کمتر بوده است.بنابراین رابطه ای معکوس برای انقباضاتconcentric و رابطه ای مثبت برای انقباضات eccentric از نظر سرعت حرکت وجود دارد.از نقطه نظر ثبت سیگنال ،EMG دامنه پتانسیل عمل واحد حرکتی به عوامل مختلفی بستگی دارد نظیر: قطر فیبر عضله ، فاصله بین فیبر عضله فعال ومحل اشکار سازی (ضخامت چربی بافت) .هدف اصلی بدست اوردن سیگنال بدون نویز است.بنابراین نوع الکترود و خصوصیات تقویت کننده نقش حیاتی در بدست اوردن سیگنال بدون نویز ایفا میکند.

چکیده
مقدمه ۱
فصل اول : ‌آشنایی با الکترومایوگرافی
۱-۱ مقدمه ۳
۲-۱ الکترومایوگرافی چیست ؟ ۳
۳-۱ منشأ سیگنال EMG کجاست ؟ ۷
۱-۳-۱ واحد حرکتی ۷
۴-۱ آناتومی عضله ۸
۱-۴-۱ رشته عضلانی واحد ۸
۲-۴-۱ ساختار سلول ماهیچه ۸
۵-۱ انقباض عضلانی ۹
۶-۱ تحریک‌پذیری غشاء عضله ۱۱
۷-۱ تولید سیگنال EMG ۱۲
۱-۷-۱ پتانسیل عمل ۱۲
۸-۱ ترکیب سیگنال EMG ۱۴
۱-۸-۱ انطباق واحدهای حرکتی ۱۴
۹-۱ فعال سازی عضله ۱۵
۱۰-۱ طبیعت سیگنال MMG ۱۶
۱۱-۱ فاکتورهای موثر بر سیگنال EMG ۱۸
فصل دوم :انواع سیگنال‌های الکترومایوگرافی و روشهای طراحی
۱-۲ انواع EMG ۲۱
۲-۲ الکترومایوگرافی سطحی : ردیابی و ثبت ۲۲
۱-۲-۲ ارتباطات کلی ۲۲
۲-۲-۲ مشخصه‌های سیگنال EMG ۲۳
۳-۲ مشخصه‌های نویز الکتریکی ۲۴
۱-۳-۲ نویزمحدود شده ۲۴
۲-۳-۲ آرتی فکت‌های حرکتی ۲۴
۳-۲-۲ ناپایداری ذاتی سیگنال ۲۵
۳-۲ بیشینه سیگنال EMG ۲۵
۴-۲ طراحی الکترود و ‌آمپلی فایر ۲۶
۵-۲ تقویت تفاضلی ۲۶
۶-۲ امپدانس داخلی ۲۸
۷-۲ طراحی الکترودفعال ۲۹
۸-۲ فیلترینگ ۲۹
۹-۲ استقرار الکترود ۳۰
۱۰-۲ روش مرجح مصرف ۳۰
۱۱-۲ هندسه الکترود ۳۰
۱-۱۱-۲ نسبت سیگنال به نویز ۳۱
۲-۱۱-۲ پهنای باند ۳۲
۳-۱۱-۲ سایر ماهیچه نمونه ۳۲
۴-۱۱-۲ قابلیت cross talk ۳۳
۱۲-۲ بار موازی الکترود ۳۳
۱۳-۲ قرار دادن الکترود EMG ۳۴
۱-۱۳-۲ تعیین مکان و جهت‌یابی الکترود ۳۴
۲-۱۳-۲ نه روی نقطه محرک ۳۵
۳-۱۳-۲ نه روی نقطه محرک ۳۶
۴-۱۳-۲ نه در لبه‌ی بیرونی ماهیچه ۳۷
۱۴-۲ موقعیت الکترود نسبت به فیبرهای ماهیچه ۳۷
۱۵-۲ قرار دادن الکترود مقایسه ۳۸
۱۶-۲ پردازش سیگنال EMG ۳۹
۱۷-۲ کاربردهای سیگنالEMG ۴۰
۱۸-۲ الکترومایوگرافی سوزنی ۴۱
۱۹-۲ مزایا و معایب الکترودهای سطحی و سوزنی ۴۳
۱-۱۹-۲ مزیت‌های الکترود سطحی ۴۳
۲-۱۹-۲ معایب الکترودهای سطحی ۴۳
۳-۱۹-۲مزایای الکترودهای سوزنی ۴۳
۴-۱۹-۲ معایب الکترودهای سوزنی ۴۴
۲۰-۲ تفاوت موجود بین الکترودهای سطحی وسوزنی ۴۵
۲۱-۲ انواع طراحی ۴۵
فصل سوم :مفاهیم اساسی در بدست آوردن سیگنال EMG
1-3 مقدمه ۴۸

خرید فایل

تحقیق درباره نمایش سیگنالهای VAG با استفاده از تبدیلات زمان فرکانس

فرمت فایل : word ( قابل ویرایش) تعداد صفحات : 19 صفحه             مقدمه در این تحقیق ابتدا برخی از تبدیلات زمان – فرکانس به طور مختصر بیان می‌شود. در ادامه به بررسی نمایشهای زمان – فرکانس سیگنالهای VAG با تبدیلات مذکور پرداخته شده است. این قسمت شامل دو مرحله است، در مرحله اول سیگنال شبیه سازی شده VAG با توضیح‌های مختلف زمان – فرکانس نمایش داده می‌شود. مرحله دوم به بررسی نمایشهای متفاوت سیگنال VAG با توزیع‌های مذکور اختصاص یافته است. در نهایت روشهای مختلف نمایش با یکدیگر مقایسه شده‌اند. 2-1- تبدیل زمان – فرکانس 1-2-1- اهمیت تبدیلهای زمان – فرکانس سیگنالهایی که ما در زندگی روزمره با آنها سر و کار داریم، از قبیل سیگنالهایی که از اعضای مختلف بدن انسان تولید می شوند یا سیگنالهایی که صداها ...