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Combinations of adaptive filters. / Combinações de filtros adaptativos.

Luiz Fernando de Oliveira Chamon 30 March 2015 (has links)
Adaptive filtering has grown to become a fundamental topic in signal processing, increasingly attracting attention from the community. Important factors in this popularization were their low computational complexity and model-free nature, adapting even to nonstationary characteristics of the systems and/or signals under study. Nevertheless, many adaptive algorithms introduce trade-offs, for instance, between convergence rate, nonstationary signals tracking, and steady-state error, which can hinder their use in practical applications. Furthermore, some adaptive filters can become unstable when word length is reduced and/or the input data are highly correlated. Recently, combination of adaptive filters was put forward as a solution for such issues. This approach consists in combining a pool of filters by means of a supervisor that attempts to make the overall system at least as good (usually in the mean-square sense) as the best filter in the set. Examples of these structures have been shown to successfully solve this problem, although well-known limitations remain to be addressed. Moreover, due to the relative novelty of this topic, developments in combination of adaptive filters are difficult to accommodate into a common theoretical framework. This work studies combination of adaptive filters and addresses the aforementioned issue by (i) classifying the existing combinations and proposing a taxonomy that exposes the similarities and differences in their forms; (ii) proposing new combinations; (iii) devising a general framework for studying combinations of adaptive filters and using such framework in performance analyses. / Filtragem adaptativa vem ganhando destaque desde seu surgimento tornando-se um tópico de estudo fundamental em processamento de sinais. A versatilidade de dispensarem total conhecimento das propriedades estatísticas dos sinais, aliada à simplicidade computacional de seus métodos, foram importantes fatores em sua consagração. Apesar disto, muitos filtros adaptativos apresentam compromissos envolvendo, por exemplo, velocidade de convergência, rastreamento de sinais não-estacionários e erro em regime, que podem dificultar sua aplicação na prática. Ademais, alguns algoritmos adaptativos são instáveis quando suas entradas são altamente correlacionados e/ou a precisão dos cálculos é reduzida. Uma solução recente para estes problemas é o uso de combinações de filtros adaptativos. Esta abordagem baseia-se em combinar um conjunto de filtros por meio de um supervisor que procura fazer com que o sistema global seja pelo menos tão bom (em geral no sentido quadrático médio) quanto o melhor filtro do conjunto. Exemplos destas estruturas já mostraram a eficácia deste método, apesar de ainda existirem reconhecida limitações. Além disso, em se tratando de um tópico relativamente recente, os desenvolvimentos na área de combinação de filtros adaptativos não possuem uma estrutura teórica unificada. Este trabalho propõe abordar estas questões (i) classificando as combinações existentes e criando uma taxonomia que explicite semelhanças e diferenças entre elas; (ii) introduzindo novas combinações; e (iii) desenvolvendo uma forma unificada de descrever combinações de filtros adaptativos e usando-a em análises de desempenho.
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O controle ativo de ruído em dutos: um estudo teórico -experimental / The active noise control in ducts: a theoretical experimental study

Nuñez, Israel Jorge Cárdenas 07 October 2005 (has links)
Universidade Federal do Triângulo Mineiro / This work is dedicated to the study of the problem of active noise control, evaluating some numerical and experimental methodologies. The analysis is restricted to the case of noises in ducts, in which the acoustic propagation phenomena are modeled. Four approaches for this type of models are presented. The first one is formulated by using the basic equations of the acoustics. This procedure generates an infinite dimension model of the duct. In the second approach, the infinite model is truncated by using Taylor s series. The third approach performs a modal expansion using the poles of the infinite dimension model, and, in the fourth, it is also considered a modal expansion, but in this case, by taking into account zeros and poles of the infinite dimension model. The four models studied are discussed and compared in the present contribution. A second part of this work is concerned with active noise control techniques. Monochannel (which uses only a loud speaker and a microphone) and multi-channel (which uses several loud speakers and microphones) controllers are studied. The studied active noise controllers use LMS adaptive algorithms. The noise signals are filtered using X-LMS techniques. These types of controller are usually simple and robust. The coefficients of the controller (modeled as a digital filter) are determined by using an online adaptive procedure looking for minimizing the noise levels. The control methodologies are tested numerically by using the mathematical model of the acoustic duct proposed. With the aim of validating experimentally these controllers a test rig instrumented with loud speakers and microphones was built, and the algorithms were implemented using a personal computer. At the remaining, the numerical and experimental results are discussed and some suggestions are presented in order to continue future works. / Este trabalho formula e discorre sobre o problema de controle ativo de ruído e avalia algumas metodologias de controle tanto numérica como experimentalmente. A análise é restrita ao caso de ruídos em dutos, onde o fenômeno da propagação acústico é analiticamente modelado. Apresentam-se quatro abordagens para tal modelagem. A primeira, formulada a partir das equações fundamentais da acústica, gera um modelo de dimensão infinita para o duto. A segunda aproxima o modelo infinito por uma série truncada de Taylor. A terceira formulação realiza uma expansão modal, a partir dos pólos do modelo de dimensão infinita e a quarta, também realiza uma expansão modal, mas considera tanto os pólos como os zeros do modelo infinito dimensional. No trabalho são discutidos e comparados os quatro modelos numéricos propostos. Numa segunda parte este trabalho discorre-se sobre diversas técnicas de controle ativo de ruído em dutos. São estudados controladores do tipo mono canal, que utilizam um sensor e um atuador apenas e controladores do tipo multicanal, com vários sensores e atuadores. Todos os controladores ativos de ruído (CAR) estudados utilizam algoritmos adaptativos do tipo LMS (Least Mean Square) e técnicas de filtragem-X LMS. Este tipo de controlador tem como características marcantes à simplicidade e a robustez. Os coeficientes do controlador, modelado como um filtro digital, são adaptados on-line segundo uma estratégia que busca minimizar os ruídos não desejados. Estas metodologias de controle são testadas numericamente a partir do modelo matemático proposto para o duto acústico. Para avaliar também experimentalmente tais controladores, montou-se uma bancada de testes constituída por um duto de PVC instrumentada com alto falantes e microfones sendo os algoritmos de controle implementados em um microcomputador pessoal devidamente configurado. O trabalho encerra discutindo os resultados numéricos e experimentais obtidos e sugerindo desdobramentos a serem investigados no futuro. / Doutor em Engenharia Mecânica
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PLL (Phase-Locked Loop) structures for single phase and three phase systems with a high rejection capacity to sub and interharmonic / Estruturas de PLL (Phase-Locked Loop) monofÃsica e trifÃsica com alta rejeiÃÃo a sub e inter-harmÃnicas

Renato Guerreiro AraÃjo 18 November 2015 (has links)
CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / In applications related to power converters, such as inverters, rectifiers and the use of active filters, the synchronization method represent a very important element in the performance of the control strategy of this equipment. The estimated values of the synchronism angle, frequency and amplitude determined by the synchronization algorithms present, facing strongly distorted signals with the presence of sub and interharmonics, high errors. This study presents two algorithms: one applied on single-phase electrical systems and one applied on three-phase electrical systems, with high immunity to interharmonics and subharmonics. First are presented the main synchronization systems that are used in the electrical power systems. In addition, will be presented the main causes and consequences of the presence of subharmonics and interharmnics in the system, as well as the mathematical modeling of the two algorithms with high rejection to these disturbances. Will be presented the simulation and the experimental results of the proposed algorithms and the comparison between these synchronization methods with particular methods present in the literature. As a result of the study, it can be seen that the proposed structures present a higher response time, but the error of the estimated signal with respect the fundamental component of the input signal is lower when compared to structures such as EPLL and structures based on SOGI. It was observed that the proposed synchronization methods are enabled to estimate the synchronism angle, the frequency and the fundamental component of the input signal adequately and can be used in control strategies of power converters. / Em aplicaÃÃes relacionadas à EletrÃnica de PotÃncia, como inversores, retificadores e a utilizaÃÃo de filtros ativos, o mÃtodo de sincronizaÃÃo representa um elemento chave no desempenho da estratÃgia de controle destes equipamentos. Os valores do Ãngulo de sincronismo, frequÃncia e amplitude estimados com determinados algoritmos de sincronizaÃÃo apresentam, diante de sinais fortemente distorcidos com a presenÃa de sub e inter-harmÃnicos, erros elevados. Neste trabalho sÃo apresentados dois algoritmos: um aplicado a sistemas elÃtricos monofÃsicos e outro aplicado a sistemas elÃtricos trifÃsicos, com elevada imunidade a inter-harmÃnicos e sub-harmÃnicos. Primeiramente sÃo apresentados os principais sistemas de sincronizaÃÃo utilizados em sistemas elÃtricos de potÃncia. AlÃm disso, sÃo apresentadas as principais causas e consequÃncias da presenÃa de sub-harmÃnicos e inter-harmÃnicos no sistema, bem como a modelagem matemÃtica dos dois algoritmos com elevada rejeiÃÃo a estes distÃrbios. SÃo apresentados os resultados de simulaÃÃo e experimentais dos algoritmos propostos e a comparaÃÃo entre estes mÃtodos de sincronizaÃÃo com determinados mÃtodos presentes na literatura. Como resultado do estudo, pode-se observar que as estruturas de sincronizaÃÃo propostas apresentam um tempo de resposta mais elevado, porÃm o erro do sinal estimado em relaÃÃo a componente fundamental do sinal de entrada à inferior quando comparado a estruturas como o EPLL e estruturas baseadas no SOGI. Com isso, tem-se que as mesmas estÃo habilitadas para estimar o Ãngulo de sincronismo, a frequÃncia e a componente fundamental do sinal de entrada adequadamente e podem serem utilizadas eficientemente em estratÃgias de controle de conversores de potÃncia.
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Equalização e identificação adaptativas utilizando marca d'agua como sinal de supervisão / Adaptative equalization and identification using watermark as supervision signal

Uliani Neto, Mario 18 January 2008 (has links)
Orientadores: João Marcos Travassos Romano, Leandro de Campos Teixeira Gomes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-10T02:05:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 UlianiNeto_Mario_M.pdf: 12916890 bytes, checksum: 53ed98252c8c6c265c985346ceaeec4f (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O objetivo deste trabalho é investigar o uso de uma marca d'água digital como sinal de referência na filtragem adaptativa supervisionada, aplicada aos problemas de equalização e identificação de canais. Ao contrário de métodos mais tradicionais, nos quais a comunicação é periodicamente interrompida para a transmissão de seqüências de treinamento, uma marca d'água é transmitida ininterruptamente, juntamente com o sinal de informação. Através da comparação entre o sinal recebido processado pelo filtro equalizador e a marca d'água original, ou entre o sinal recebido e a marca d' água processada pelo filtro identificador, os coeficientes deste filtro são continuamente adaptados para estimar e rastrear as características do canal ao longo do tempo. Tanto a transmissão de informação útil como a adaptação do filtro equalizador/identificador nunca são interrompidas. Para que o processo de detecção de uma marca d'água digital seja eficiente, é necessária a sincronização da marca no detector. Efeitos de dessincron}zação podem prejudicar a detecção, potencialmente inviabilizando a extração adequada da informação contida na marca d'água. Esta dissertação apresenta dois métodos de ressincronização para sistemas de filtragem empregando marca d'água. Ambos os métodos são baseados no uso de seqüências de treinamento embutidas na marca d'água e revertem os efeitos de uma ampla classe de ataques de dessincronização. No caso de sinais que apresentem uma interpretação sensorial (e.g. áudio, imagens, vídeo), a adição da marca d'água não deve causar distorção perceptível no sinal original. Propomos o uso de um modelo psicoacústico em conjunto com um algoritmo de conformação espectral para demonstrar a viabilidade do método quando aplicado a sinais de áudio. Resultados de simulações computacionais são apresentados para evidenciar o desempenho das propostas fr_nte a técnicas tradicionais de filtragem adaptativa supervisionada / Abstact: The objective of this work is to investigate the use of a digital watermark as a reference signal in supervised adaptive filtering, applied to the channel equalization and identification problems. Contrary to traditional adaptive methods, in which communication is periodically interrupted for the transmission of training sequences, a watermark is transmitted uninterruptedly, along with the information signal. By comparing the received signal and the watermark processed by the identification filter, or the received signal processed by the equalization filter and the original watermark, the coefficients of this filter are continuously adapted to estimate and monitor channel characteristics through time. Both the transmission of useful information and the adaptation of the identification/equalization filter are never interrupted. For the watermark detection process to be efficient, synchronization of the watermark in the detector is required. Desynchronization effects can reduce detection performance, potentially making impracticable the appropriate extraction of the information contained in the watermark. This dissertation presents two resynchronization methods for filtering systems using a watermark. Both methods are based on training sequences that are embedded in the watermark, and can reverse the effects of a large class of desynchronization attacks. The embedding of a watermark into signals with sensorial interpretation (e.g. audio, image, video) should not introduce noticeable distortion in the original signal. To achieve this when applying our method to audio signals, we propose the use of a psychoacoustic model with a spectral shaping algorithm. Simulation results are presented to illustrate the performance of the proposed method when compared to traditional supervised adaptive filtering techniques / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica
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Controle tolerante a falhas usando redes neurais adaptativas / Fault tolerant control using an adaptive neural network

Alves Junior, Marco Antonio de Oliveira 16 August 2018 (has links)
Orientador: Eurípedes Guilherme de Oliveira Nóbrega / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T17:08:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlvesJunior_MarcoAntoniodeOliveira_D.pdf: 2426154 bytes, checksum: bc1d1ecd78ca881b519a4e56c9383c8f (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Esta monografia apresenta uma arquitetura para aplicação de Controle Tolerante a Falhas, seguindo uma abordagem de dupla malha de realimentação. A primeira malha apresenta um controlador regular, e a segunda segue uma estratégia de controle adaptativa baseada em rede neural, que faz uso de um mecanismo de ajustes de pesos em tempo real. O primeiro controlador foi escolhido como um projeto de controlador baseado em norma H?, objetivando estabilizar o sistema e garantir o bom desempenho na presença de erros de modelagem e distúrbios externos. O controlador tolerante a falhas, que atua complementarmente à malha externa, é o controlador que usa a técnica neuroadaptativa. A rede neural possui estados internos recorrentes, usando uma superfície de deslizamento para adaptar os seus pesos, de modo a acomodar as possíveis falhas. Também apresenta robustez contra as perturbações externas, além da capacidade do controlador regular. Uma nova topologia de dinâmica da rede neural, com estados internos recursivos e aprendizado em tempo-real, é proposta, e a estabilidade do sistema é provada com base em uma função de Lyapunov e em requisitos predefinidos. Para avaliar o método, foi usado um modelo matemático de um veículo aéreo não tripulado do tipo quadrirrotor. Os resultados simulados, com o sistema submetido a vários tipos de condições de falha, são apresentados, mostrando o bom desempenho da configuração proposta / Abstract: This monograph presents an architecture scheme for Fault Tolerant Control applications, following a dual-loop controller design approach, where the first closed loop is a regular controller and the second one is based on a neural network adaptive control strategy, with on-line adjustment of the weights. The first controller, which was here chosen as an H? norm designed controller, aims stabilize the system, and guarantee a good performance in presence of modeling errors and external disturbances. The fault tolerant controller, acting complementarily to the external loop, is the one using the neuro-adaptive technique. Its design is based on recurrent internal states, using a sliding surface to adapt the weights of the neural network, in order to accommodate the system faults, but also with a robust effect which includes correcting all external perturbations, beyond the capacity of the regular controller. A new neural network dynamic topology, with internal recursive states and on-line learning algorithm, is proposed, and its stability is proved based on a Lyapunov function and predefined requirements. To assess the method, an unmanned quad rotor flying vehicle is modeled, and the respective controllers designed. Results based on numerical simulation, with the system submitted to several different fault conditions, are presented, showing a good performance of the proposed configuration / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica
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Processamento largamente linear em arranjo de antenas = proposta, avaliação e implementação prática de algoritmos / Widely linear processing in antenna arrays : proposal, evaluation and practical implementation of algorithms

Chinatto Júnior, Adilson Walter 02 November 2011 (has links)
Orientadores: João Marcos Travassos Romano, Cynthia Cristina Martins Junqueira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-17T17:05:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ChinattoJunior_AdilsonWalter_M.pdf: 7887281 bytes, checksum: 23d4e34e4a2b77a46e1707773d7b5fdf (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O Processamento Largamente Linear, desenvolvido durante a década de 1990, tem levado a uma melhoria no desempenho de algoritmos adaptativos para determinadas situações que empregam sinais impróprios. Quando aplicado a arranjos de antenas, esse tipo de processamento apresenta a potencialidade ser mais robusto e eficiente que as técnicas clássicas de filtragem. Dessa forma, este trabalho busca estender uma série de algoritmos adaptativos clássicos de conformação de feixe para a forma largamente linear, verificando através de simulações os eventuais ganhos em desempenho obtidos na tarefa de mitigação de interferentes através de arranjos de antenas. São avaliados algoritmos treinados, com restrições e cegos, cobrindo um leque relativamente amplo de cenários de utilização. Visando o uso de arranjos de antenas em cenários em que os sinais incidentes possuam modulação real, são propostas otimizações para os algoritmos largamente lineares que levam a uma redução da complexidade computacional, mantendo o desempenho do algoritmo original. Essas otimizações são aplicadas para algoritmos treinados, com restrições e cegos, sendo seus desempenhos comparados através de simulações com os desempenhos obtidos através dos algoritmos largamente lineares originais e dos algoritmos estritamente lineares. Por fim, uma plataforma para testes de arranjos de antenas é implementada em hardware provido de dispositivo de lógica programável (FPGA), permitindo que sejam realizados ensaios práticos envolvendo caracterização de antenas, conformação de feixe não adaptativa e mitigação de interferentes através de algoritmos adaptativos / Abstract: Widely Linear Processing, developed during the 1990s, has led to an improved performance of adaptive algorithms under certain situations that involve improper signals. When applied to antenna arrays, this type of processing shows to be potentially more robust and efficient than the classical filtering techniques. The objective of this work is to extend several classic adaptive beamforming algorithms to the widely linear form, verifying by means of simulations the potential gains in performance when applied to the task of mitigating interference in antenna arrays. Trained, restricted and blind algorithms are considered, covering a relatively broad range of feasible scenarios. Addressing the use of antenna arrays in scenarios in which the incident signals involved have real modulation, optimizations for the widely linear algorithms are proposed, thereby promoting reductions in the computational complexity, while maintaining the original algorithm performance. These optimizations are applied to trained, restricted and blind algorithms, and their performance is compared through simulations with the performances obtained using the original algorithms in their largely linear and strictly linear versions. Finally, an antenna array test platform is implemented in the hardware, allowing practical tests to be carried out. A set of measures taken with the antenna array test platform is exhibited, which include characterization of antennas, non-adaptive beamforming and interference mitigation using adaptive algorithms / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica
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Controle de potência oportunista e equalização robusta em redes de comunicação sem fio = enfoques via controle automático e teoria dos jogos / Opportunistic power control and robust equalization in wireless networks : automatic control and game theory approaches

Chaves, Fabiano de Sousa 18 August 2018 (has links)
Orientadores: João Marcos Travassos Romano, Hisham Abou-Kandil, Mohamed Abbas-Turki / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação e ENS-Cachan (École Normale Supérieure de Cachan) / Made available in DSpace on 2018-08-18T08:26:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Chaves_FabianodeSousa_D.pdf: 2605316 bytes, checksum: 88049a9675c3cd7f4955cc1925e8bd01 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A interferência é um dos fatores limitantes do desempenho individual e global em redes de comunicação sem fio. Neste trabalho, duas técnicas clássicas de gerenciamento de interferência são estudadas: o controle de potência de transmissão e a equalização de canal. Três abordagens são consideradas para o controle de potência distribuído e oportunista. A primeira tem por base a teoria dos jogos estáticos não-cooperativos e teorias de funções iterativas, resultando em uma classe de algoritmos. Na segunda abordagem, propomos diferentes algoritmos derivados de formulações e soluções tradicionais dos controles H2 e misto H2/Hoo.Por fim, aplicamos a teoria dos jogos dinâmicos ao problema para a obtenção de dois novos algoritmos de controle de potência. A segunda parte da tese, que trata do problema da equalização, é dividida em dois tópicos. No primeiro, fazemos uma análise de "pior caso" do atraso de equalização por meio de conceitos da teoria dos jogos não-cooperativos. No segundo tópico, apresentamos duas propostas para a reunião das características desejáveis dos equalizadores H2 e Hoo: uma combinação convexa dos dois filtros e um esquema de adaptação do nível de robustez do filtro Hoo. / Abstract: Interference is a limiting factor of individual and global performance in wireless communication networks. In this work, two classical interference management techniques are studied: the transmission power control and the channel equalization. Three approaches are considered for distributed and opportunistic power control. The first one is based on static non-cooperative game theory and theories of iterative functions, providing a class of algorithms. In the second approach, we propose different algorithms derived from formulations and traditional solutions of H2 control and mixed H2/Hoo control. Finally, we apply dynamic game theory to the problem for obtaining two new power control algorithms. The second part of the thesis, devoted to channel equalization, is divided into two topics. In the first one, we provide a "worst case" analysis for equalization delay by using concepts of noncooperative game theory. In the second topic, we present two proposals for the combination of the desirable characteristics of H2 and Hoo equalizers: a convex combination of the two filters and a scheme for adapting the robustness level of the Hoo filter. / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica
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ALGORITMO RECURSIVO BASEADO EM UMA FUNÇÃO NÃO QUADRÁTICA USANDO KERNEL / RECURSIVE ALGORITHM BASED IN A NON-QUADRATIC FUNCTION USING KERNEL

Nogueira, Aleksandro Costa 28 February 2014 (has links)
Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Aleksandro Costa.pdf: 1706153 bytes, checksum: 8d61027896dbab484303f78ed17b9b70 (MD5) Previous issue date: 2014-02-28 / FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA E AO DESENVOLVIMENTO CIENTIFICO E TECNOLÓGICO DO MARANHÃO / This work has the objective to develop an analytical model that makes prediction of the behavior of the algorithm as a function of the design parameters (step adaptation, kernel function and its parameters).We use a non-quadratic function based on kernel, performing a nonlinear transformation of the input space filtering applied on line. Was developed and implemented in the system for adaptive filtering based on Kernel, which provides an analysis of the behavior of KRLS algorithm as well as its properties of convergence. It applies a kernel function in the cost function from the non-recursive quadratic function of an even power, which minimizes the error, defined as the expectation of the cumulative cost of actions taken along a sequence of steps. It appears that this approach allows the determination of the parameters of the problem with greater reliability and robustness and lower cost compared with traditional algorithms (RLS, KRLS, RNQ) . / Este trabalho tem como objetivo desenvolver um modelo analítico que faça a previsão do comportamento do algoritmo RLS como uma função dos parâmetros de projeto (passo de adaptação, função kernel e seus parâmetros). Utiliza-se uma função não quadrática baseado em kernel, realizando uma transformação não linear do espaço de entrada aplicada à filtragem. Foi desenvolvido e implementado na redução de ruídos para a filtragem adaptativa baseada em Kernel, que fornece uma análise do comportamento do algoritmo KRLS, bem como de suas propriedades de convergência. Aplica-se uma função kernel na função de custo a partir da função recursiva não quadrática de quarta potência, que minimiza o erro, definido como a expectativa do custo cumulativo de ações tomadas ao longo de uma sequência de passos. Verifica-se que essa abordagem possibilita a determinação dos parâmetros do problema com uma maior confiabilidade e robustez e o menor custo, quando comparado com algoritmos tradicionais (RLS, KRLS, RNQ).
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Estimativa robusta da frequ?ncia card?aca a partir de sinais de fotopletismografia de pulso

Benetti, Tiago 31 August 2018 (has links)
Submitted by PPG Engenharia El?trica (engenharia.pg.eletrica@pucrs.br) on 2018-10-29T13:30:23Z No. of bitstreams: 1 TIAGO BENETTI_DIS.pdf: 5038519 bytes, checksum: 95fa8d1b367b574eee27e772a55a9a49 (MD5) / Approved for entry into archive by Caroline Xavier (caroline.xavier@pucrs.br) on 2018-10-30T17:21:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TIAGO BENETTI_DIS.pdf: 5038519 bytes, checksum: 95fa8d1b367b574eee27e772a55a9a49 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-30T17:27:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TIAGO BENETTI_DIS.pdf: 5038519 bytes, checksum: 95fa8d1b367b574eee27e772a55a9a49 (MD5) Previous issue date: 2018-08-31 / Heart rate monitoring using Photoplethysmography (PPG) signals acquired from the individuals pulse has become popular due to emergence of numerous low cost wearable devices. However, monitoring during physical activities has obstacles because of the influence of motion artifacts in PPG signals. The objective of this work is to introduce a new algorithm capable of removing motion artifacts and estimating heart rate from pulse PPG signals. Normalized Least Mean Square (NLMS) and Recursive Least Squares (RLS) algorithms are proposed for an adaptive filtering structure that uses acceleration signals as reference to remove motion artifacts. The algorithm uses the Periodogram of the filtered signals to extract their heart rates, which will be used together with a PPG Signal Quality Index to feed the input of a Kalman Filter. Specific heuristics and the Quality Index collaborate so that the Kalman filter provides a heart rate estimate with high accuracy and robustness to measurement uncertainties. The algorithm was validated from the heart rate obtained from Electrocardiography signals and the proposed method with the RLS algorithm presented the best results with an absolute mean error of 1.54 beats per minute (bpm) and standard deviation of 0.62 bpm, recorded for 12 individuals performing a running activity on a treadmill with varying speeds. The results make the performance of the algorithm comparable and even better than several recently developed methods in this field. In addition, the algorithm presented a low computational cost and suitable to the time interval in which the heart rate estimate is performed. Thus, it is expected that this algorithm will improve the obtaining of heart rate in currently available wearable devices. / O monitoramento da frequ?ncia card?aca utilizando sinais de Fotopletismografia ou PPG (do ingl?s, Photopletismography) adquiridos do pulso de indiv?duos tem se popularizado devido ao surgimento de in?meros dispositivos wearable de baixo custo. No entanto, o monitoramento durante atividades f?sicas tem dificuldades em raz?o da influ?ncia de artefatos de movimento nos sinais de PPG. O objetivo deste trabalho ? introduzir um novo algoritmo capaz de remover artefatos de movimento e estimar a frequ?ncia card?aca de sinais de PPG de pulso. Os algoritmos do M?nimo Quadrado M?dio Normalizado ou NLMS (do ingl?s, Normalized Least Mean Square) e de M?nimos Quadrados Recursivos ou RLS (do ingl?s, Recursive Least Squares) s?o propostos para uma estrutura de filtragem adaptativa que utiliza sinais de acelera??o como refer?ncia para remover os artefatos de movimento. O algoritmo utiliza o Periodograma dos sinais filtrados para extrair suas frequ?ncias card?acas, que ser?o utilizadas juntamente com um ?ndice de Qualidade do Sinal de PPG para alimentar a entrada de um Filtro de Kalman. Heur?sticas espec?ficas e o ?ndice de Qualidade colaboram para que filtro de Kalman forne?a uma estimativa da frequ?ncia card?aca com alta acur?cia e robustez a incertezas de medi??o. O algoritmo foi validado a partir da frequ?ncia card?aca obtida de sinais de Eletrocardiografia e o m?todo proposto com o algoritmo RLS apresentou os melhores resultados com um erro m?dio absoluto de 1,54 batimentos por minuto (bpm) e desvio padr?o de 0,62 bpm, registrados para 12 indiv?duos realizando uma atividade de corrida em uma esteira com velocidades variadas. Os resultados tornam o desempenho do algoritmo compar?vel e at? mesmo melhor que v?rios m?todos desenvolvidos recentemente neste campo. Al?m disso, o algoritmo apresentou um custo computacional baixo e adequado ao intervalo de tempo em que a estimativa da frequ?ncia card?aca ? realizada. Dessa forma, espera-se que este algoritmo melhore a obten??o da frequ?ncia card?aca em dispositivos wearable atualmente dispon?veis.

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