Skip to main content
SUPERVISOR
بهرام کریمی (استاد مشاور) محسن مجیری فروشانی (استاد راهنما) مریم ذکری (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zahra Nouri
زهرا نوری سده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Estimation of Frequency and Damping Factor of Exponentially Damped Sinusoidal Signals using Adaline Network
Online processing of signals has particular importance in control systems. Because these signals have information about system and its performance. Therefore, the accurate description of features of system is possible by extracting the information of signals. Many researches have done on predictable signals in recent years. One group of these signals is exponentially damped sinusoidal (EDS) signals. The EDS signals have many practical applications such as speech/audio analysis, linear system identification and transient analysis. The parameters estimation of the EDS signals consists of the amplitude, frequency, damping factor and phase of the signal. Various methods have been proposed to estimate the parameters of an EDS signal. Some of well-known approaches include matrix pencil method, maximum likelihood method and linear prediction methods. These methods are not suitable for tracking time varying parameters. Therefore, researches have been focused on applying on-line estimators such as Adaline neural networks to track time varying frequency and damping factor. In this thesis, two algorithms based on the Adaline networks are presented for online estimation of the frequency and damping factor of a complex EDS signal. In both algorithms, the unknown parameters of signal put in the weight coefficients of the Adaline networks. The normalized variable step size LMS algorithm is used for training the weights. Furthermore, the proposed methods are extended for a complex biased EDS signal. In this way, frequency, damping factor, real and imaginary parts of the signal are estimated. In following, the convergence analysis of both the proposed algorithms is presented. The parameters estimation of a signal corrupted with white gaussian noise is of importance in signal processing. Therefore, it is important to compare the performance of the algorithms with a criterion called Cramer-Rao lower bound (CRLB). In following, the CRLB is attained for the complex EDS signal corrupted with a complex white Gaussian noise. The performance of the proposed algorithms is compared with this bound. Various simulations show the desirable performance of the proposed algorithms at different situations. At the end, the performance of the proposed Adaline networks is compared together. Simulation results confirm the better performance of the first Adaline in estimating of the parameters of the complex biased EDS signal. Key Words: Complex exponentially damped sinusoidal signal, Frequency, Damping factor, Adaline network, Normalized LMS algorithm, Cramer-Rao lower bound (CRLB)
در سیستم‌های کنترلی امروزی، پردازش بهنگام سیگنال‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. زیرا این سیگنال‌ها حاوی اطلاعاتی از سیستم و بنابراین عملکرد آن هستند. هر چه بتوان اطلاعات بیشتری از سیگنال‌های در دسترس استخراج کرد، طبیعتا توصیف دقیق‌تری از خصوصیات سیستم در اختیار داریم و در نتیجه توانایی کنترلی بالاتری خواهیم داشت. بنابراین پژوهش‌های بسیاری جهت رویارویی با سیگنال‌هایی که وجودشان از قبل قابل پیش‌بینی می‌باشد انجام گرفته است. یک دسته از این سیگنال‌ها که در کاربردهای گوناگون ظاهر می‌شوند سیگنال‌های سینوسی و در حالت کلی‌تر سیگنال‌های سینوسی میرا هستند. سیگنال‌های سینوسی میرا در گستره وسیعی از کاربردها ظاهر می‌شوند. چه به منظور کاربردهای کنترلی (همچون حذف اغتشاش) و چه به قصد پردازش سیگنال، یافتن الگوریتمی که توانایی استخراج و تعقیب پارامترهای این سیگنال را داشته باشد، حائز اهمیت می‌باشد. این موضوع پژوهشگران را بر آن داشته تا به دنبال راهکارهایی مناسب جهت استخراج پارامترهای این نوع سیگنال به منظور کاربردهای بهنگام باشند. تخمین پارامتر در سیگنال های سینوسی میرا می تواند شامل تخمین دامنه، ضریب میرایی، فرکانس و فاز باشد. با توجه به این موضوعات، در این پایان نامه ابتدا الگوریتم جدیدی مبتنی بر استفاده از شبکه های عصبی آدالاین تک ورودی برای تخمین بهنگام فرکانس و ضریب میرایی یک سیگنال سینوسی میرای مختلط ارائه شده است. به منظور توسعه الگوریتم، به سیگنال سینوسی میرا یک بایاس مختلط اضافه شده است که این امر باعث اضافه شدن یک مولفه بایاس به شبکه آدالاین پیشنهادی می شود. در این حالت، علاوه بر فرکانس و ضریب میرایی، قسمت های حقیقی و موهومی بایاس اضافه شده به سیگنال نیز تخمین زده می شوند. در ادامه، تحلیل همگرایی الگوریتم پیشنهادی برای تخمین پارامترهای سیگنال سینوسی میرای مختلط مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور نشان دادن توانایی شبکه آدالاین پیشنهادی در تخمین پارامترها در حضور نویز، CRLB برای سیگنال سینوسی میرای مختلط آغشته به نویز سفید گوسی محاسبه شده و نتایج به دست آمده از شبکه آدالاین در واریانس های نویز مختلف با این باند مقایسه می شود. شبیه سازی های متعدد عملکرد مناسب شبکه آدالاین پیشنهادی را موقع تخمین پارامترها در شرایط مختلف نشان می دهد. در ادامه این پایان نامه، با استفاده از بخش های حقیقی و موهومی سیگنال سینوسی میرای مختلط، الگوریتم دیگری مبتنی بر استفاده از شبکه آدالاین دو ورودی برای تخمین بهنگام فرکانس و ضریب میرایی سیگنال ارائه شده است. به منظور توسعه الگوریتم، به بخش های حقیقی و موهومی سیگنال، بایاس اضافه شده که این امر باعث اضافه شدن یک بردار بایاس به شبکه می شود. در این حالت علاوه بر فرکانس و ضریب میرایی، مولفه های بایاس اضافه شده به بخش های حقیقی و موهومی سیگنال نیز تخمین زده می شود. در ادامه تحلیل همگرایی الگوریتم پیشنهادی مورد بررسی قرار گرفته است. کارایی شبکه آدالاین پیشنهادی با استفاده از شبیه سازی های متعدد نشان داده شده و نتایج به دست آمده از آن در تخمین پارامترها در حضور نویز، با CRLB به دست آمده از قسمت قبل، مقایسه شده است. کلمات کلیدی : سیگنال سینوسی میرای مختلط، فرکانس، ضریب میرایی، شبکه های عصبی آدالاین، الگوریتم LMS نرمالیزه، باند پایین کرامر-رو

ارتقاء امنیت وب با وف بومی