1

BỘ CÔNG THƯƠNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA

T N TH H A

VỀ MỘT PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG XỬ LÝ TÍN HIỆU

ỨNG DỤNG TRONG CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử

Mó số : 62520203

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2012

2

C n t nh được hoàn thành tại :

Viện N hiên cứu Điện tử, Tin học, Tự độn hoá

A, uán Thánh, B Đ ình, Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. N uyễn Thế T uyện

Viện NC Điện tử, Tin Học, TĐH

TS hạ V n B ình

Trường Đại Học Bách Khoa, Hà Nội

Phản biện 1: PGS. Nguyễn Hữu X

Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Đức Thuận

Phản biện 3: PGS.TS. Bùi Văn Sáng

Luận án được bảo vệ t ước hội đồn chấ luận án cấp Viện họp tại

………………………………………………………………………

Vào hồi giờ, ngày tháng năm 20

Có thể t hiểu luận án tại:

.………Thư viện Quốc gia Việt Nam ……………………………………

……….Thư viện VIELINA……………………………………………….

3

MỞ Đ U

1. T NH C THIẾT C A LUẬN ÁN

i trường c ng nghiệ à m i trường àm việc r t h c nghiệt v các

i u iện nhiệt ộ, ộ m, rung chuy n, hí bụi nổ, … ặc biệt à có nhi u

nguồn hát sinh nhiễu nên òi hỏi thiết bị h ng chỉ ảm bảo tiêu chu n an

toàn ao ộng mà còn hải ảm bảo àm việc ổn ịnh, tin cậy. o ó việc ử

thu nhận ư c các tín hiệu một cách chính ác, trung th c à yêu c u bức

thiết ối v i t t cả các thiết bị iện tử c ng như các hệ thống i u hi n c ng

nghiệ . Như vậy nghiên cứu các hư ng há hử nhiễu ử tốt tín hiệu

trong các hệ thống i u hi n c ng nghiệ à việc àm có ngh a hoa học,

th c tiễn và c n thiết.

Biến ổi wave et có th á dụng ư c cho nhi u oại tín hiệu, ặc biệt à

các tín hiệu h ng dừng, h ng tu n hoàn. Nhi u ứng dụng biến ổi wave et

ã có ết quả tốt h n hẳn biến ổi Fourier như: hân tích hổ, nén tín hiệu, hử

nhiễu,… Phư ng há ngưỡng wave et h nhi h o h ng h ng ng

n i n i ) à một v n hoa học ư c r t nhi u người quan

tâm. Đã có nhi u c ng trình nghiên cứu v hư ng há ngưỡng wave et c ng

bố và ứng dụng cụ th trong các gói h n m m c ng như h n cứng trong các

thiết bị o ường và truy n tín hiệu. ỗi một nghiên cứu v hư ng há

ngưỡng wave et u hai thác một ặc tính nào ó của biến ổi wave et và

nhiễu, giải quyết ư c một số yêu c u ỹ thuật cụ th .

Luận án: V m h ng h n ng o h ng n hi ng

dụng ong h hống i khiển ông nghi ” nhằm mở rộng vùng ứng

dụng hử nhiễu của hư ng há ngưỡng wave et trong việc nâng cao ch t

ư ng ử tín hiệu trong các hệ thống i u hi n c ng nghiệ c ng như có

th ứng dụng tốt cho các thiết bị, hệ thống iện tử hác.

MỤC Đ CH NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu àm chủ hư ng há ( ỹ thuật) ử tín hiệu dùng biến

ổi wave et, ặc biệt sử dụng hư ng há ngưỡng wave et trên c sở TI WT

hử nhiễu tín hiệu o ường.

- Nghiên cứu tìm giá trị ngưỡng wave et m i có uật ngưỡng v i mức

nhiễu hụ thuộc vào tính ch t tư ng quan của nhiễu và thích nghi h n v i m i

trường nhiễu c ng nghiệ .

- Thử nghiệm ứng dụng ết quả nghiên cứu hử nhiễu trong các hệ

thống o ường, truy n th ng, hệ thống i u hi n c ng nghiệ , … nhằm nâng

cao ộ chính ác, ộ tin cậy của tín hiệu o ường trong các thiết bị c ng

nghiệ .

4

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ HẠM VI NGHIÊN CỨU

) Đối tượn n hiên cứu

hi n hi o ờng ong h hống i khiển ông nghi

b) hạ vi n hiên cứu

ghi n nhi , h ng h ng ng kh nhi ho n

hi o ờng ủ h hống ong môi ờng ông nghi .

4 HƯƠNG HÁ NGHIÊN CỨU

Sử dụng thuyết ác su t, toán học giải tích (biến ổi wave et) ác

ịnh các tham số thống ê của nhiễu, hân tích và ây d ng m hình tín hiệu

o ường của hệ thống i u hi n c ng nghiệ có tác ộng của nhiễu tìm

iếm các giải há hử nhiễu hiệu quả. hỏng hử nhiễu bằng h n m m

Matlab, ồng thời thử nghiệm hử nhiễu trên một số tín hiệu th c tế.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu ứng dụng biến ổi wave et hân tích tín hiệu và hư ng

há ngưỡng wave et nhằm hử nhiễu cho các tín hiệu o ường trong hệ thống

i u hi n c ng nghiệ .

- Nghiên cứu những ặc tính thống ê của nhiễu có iên quan ến các

hư ng há biến ổi wave et c n ứng dụng.

- Nghiên cứu uật c c ti u hoá tốc ộ hát hiện ỗi minF , ưa ra mức

ngưỡng và uật ngưỡng m i nâng cao hiệu quả hử nhiễu, mở rộng vùng ứng

dụng hử nhiễu của hư ng há ngưỡng wave et.

- Xác ịnh s tồn tại và các tính ch t t tư ng quan của các hệ số biến

ổi wave et àm c sở ác ịnh các tham số nhiễu trong giá trị ngưỡng

u t. hỏng chứng minh giá trị ngưỡng thích nghi dùng uật minF hụ

thuộc hư ng sai, h biến của nhiễu tư ng quan và h ng tư ng quan.

NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TI N C A LUẬN ÁN

Biến ổi wave et à một c ng cụ mạnh ư c ứng dụng rộng rãi trong

nhi u nh v c trên toàn thế gi i, trong ó hư ng há ngưỡng biến ổi

wave et à một v n ư c nhi u nhà hoa học nghiên cứu, hát tri n. o ó,

kết quả nghiên cứu của uận án s gó h n àm hong hú h n ho tàng iến

thức v hử nhiễu cho tín hiệu o ường nói chung và hử nhiễu ứng dụng biến

ổi wave et nói riêng. V th c tế, ết quả của uận án có th ứng dụng nâng

cao ch t ư ng ử tín hiệu o ường tạo ra s àm việc ổn ịnh, tin cậy của

các hệ thống i u hi n trong các m i trường c ng nghiệ có nhi u nguồn

nhiễu hức tạ . Thuật toán ử , mức ngưỡng u t ư c nhúng vào h n

m m của vi ử trong u o s nâng cao ộ tin cậy của tín hiệu o ư c.

KẾT C U C A LUẬN ÁN: Luận án b o ồ 3 chươn

5

Chươn : HƯƠNG HÁ KHỬ NHI U T N HIỆU SỬ DỤNG

BIẾN Đ I AV L T VÀ ỨNG DỤNG T ONG CÁC HỆ THỐNG ĐI U

KHI N CÔNG NGHIỆ Nghiên cứu ặc i m t n số của các oại nhiễu trong m i trường c ng

nghiệ . Xác ịnh vị trí ử nhiễu trong hệ thống SCA A, oại nhiễu, m hình

thống ê của nhiễu, các quan i m hử nhiễu trên c sở biến ổi wave et. Từ

ó u t, a chọn c ng cụ ử nhiễu hù h v i yêu c u cụ th ặt ra.

Nghiên cứu ứng dụng hư ng há hân tích tín hiệu bằng biến ổi

wave et dịch h ng ổi (TI WT) th ng qua biến ổi wave et tr c giao ( WT).

Phân tích mối iên hệ giữa các ặc tính thống ê của nhiễu v i tính tư ng quan

của các hệ số biến ổi wave et. Xác ịnh các tham số nhiễu qua c u trúc tư ng

quan của các hệ số biến ổi wave et.

Chươn : NGƯ NG TH CH NGHI in D SỬ DỤNG TID T

T ONG KHỬ NHI U T N HIỆU

Tổng quan v uật c c ti u hoá tốc ộ hát hiện ỗi, các ứng dụng và các

giải thuật ử tín hiệu của uật minF . Xây d ng ngưỡng thích nghi

wave et dùng uật minF trên c sở TI WT, ác ịnh ngưỡng chung cho

nhiễu ngẫu nhiên h ng tư ng quan và tư ng quan sau biến ổi wave et.

Chươn 3: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU U KHỬ

NHI U

Đ u t hư ng há th c hiện. hỏng hử nhiễu và hử nhiễu tín

hiệu th c tế bằng ngưỡng thích nghi wave et minF nhằm i m chứng ại

thuyết. So sánh các ết quả hử nhiễu ạt ư c v i hư ng há minF gốc

và các hư ng há ngưỡng hác.

ận: Tóm ắ k q ả h nh ủ ận n, những óng gó mới.

ớng nghi n h iển ủ ận n

Chươn : HƯƠNG HÁ KHỬ NHI U T N HIỆU SỬ DỤNG

BIẾN Đ I AV L T VÀ ỨNG DỤNG T ONG CÁC HỆ THỐNG

ĐI U KHI N CÔNG NGHIỆ

ghi n iểm n ố ủ o i nhi ong môi ờng ông

nghi nh nhi ong h hống , o i nhi , mô h nh

hống k ủ nhi , q n iểm kh nhi n i n i T

ó , h n ông ụ nhi h h ới ụ hể .

ghi n ng dụng h ng h h n h n hi ằng i n i

d h không i TI WT) hông q i n i gi o WT)

Ph n h mối i n h giữ nh hống k ủ nhi ới nh ng q n

ủ h ố i n i nh h m ố nhi q ú ng

q n ủ h ố i n i

6

1.1 M h nh hệ thốn điều khiển c n n hiệp tổn quát

Dư i ây à một m hình i u hi n c ng nghiệ hiện nay sử dụng bus

trường th c hiện c u trúc vào ra hân tán v i các thiết bị trường th ng minh.

Khử nhiễu bằng ngưỡng wave et có th ư c tích h ở các cảm biến (S -

sensor) ở c ch hành ảm nhận việc ử tín hiệu trư c hi truy n ên c

i u hi n.

Hình . – Hệ thống i u hi n c ng nghiệ c u trúc vào ra hân tán

Trong khu n hổ của Luận án, tác giả tậ trung em ét, ử tín hiệu

từ sensor ưa vào u o, ây à tín hiệu th dạng tư ng t và nó chịu ảnh

hưởng nhi u của nhiễu nên c n có biện há ử chống nhiễu hù h

nhằm y ra ư c tín hiệu mang th ng tin chính ác v th ng số c n o giú

cho hệ thống àm việc tin cậy, ổn ịnh – ây chính à do a chọn tài.

iới h n nghi n : T ong h m i nghi n ủ ài, ận n h

ậ ng ào nhi ng i o ủ h hống mà không

nhi n ờng n d n q ả nghi n ng dụng ho

nhi h hống i khiển ông nghi ong h ng nh ong nghi n

, giảng d .

Sự tác độn c nhiễu vào hệ thốn điều khiển c n n hiệp

1 M h nh nhiễu và ột số khái niệ

T i o hủ à nhi ng, do ó ong ận n, giả q n

m n mô h nh hống k ủ nhi ng à m h ng h ể kh o i

nhi ó mô h nh nà .

Giải thuật hử nhiễu thường b t u từ m hình tổng của tín hiệu rời rạc s gồm

N i m dữ iệu và nhiễu như sau:

7

x = s + (1.1)

Vect x à tín hiệu vào, nhiễu à vect các biến ngẫu nhiên và s là tín

hiệu sạch. N à ộ dài của các vect này.

Giả thiết nhiễu có giá trị trung bình bằng 0 (E = 0), ma trận h biến

của s à [2]:

Q = E[( - E )( - E )T] = E T

(1.2)

Đường chéo của ma trận à hư ng sai của nhiễu: i2= Ei

2 (1.3)

1.2. Đặc tính tần số c nhiễu

Hình .2 – Đặc tính hổ của các nguồn nhiễu

Có th tổng ết các nguồn nhiễu [2] tác ộng theo ặc tính hổ trên hình

.2. Trong các oại nhiễu trên, nhiễu có t n số cố ịnh có th hử ư c triệt

bằng các hư ng há truy n thống. ục tiêu nghiên cứu à hử các oại

nhiễu f và nhiễu tr ng.

3 hươn pháp khử nhiễu tín hiệu n biến đổi v l t

Có một số hư ng há biến ổi wave et chủ yếu như: biến ổi iên tục

CWT, biến ổi rời rạc WT, biến ổi dịch h ng ổi TIWT, biến ổi gói

WPT,…

Biến ổi wave et dịch h ng ổi TIWT gồm hai oại: biến ổi iên tục

TICWT và biến ổi rời rạc TI WT. Biến ổi wave et dịch h ng ổi rời rạc

TI WT à WT dịch vòng hoặc h ng hân chia sử dụng các hàm c sở:

k))(xφ(22(x)φ jj/2kj, và k))(xψ(22(x)ψ jj/2

kj, (1.8)

T n số(Hz) 10-4

10-2

100 10

2 10

4 10

6 10

8

Tạ âm b n và tạ âm nhiệt

ức nhiễu tr ng

Nhiễu 1/ f

Nhiễu nguồn iện

Nhiễu adio

Nhiễu hồ quang

Nhiễu truy n hình, ra a

ung ộng c hí

Biến ổi nhiệt ộ

Vùng nhiễu nổ và

nhiễu ch

ật ộ hổ

Nhiễu nguồn máy tính

104

103

102

101

100

8

Vị trí của các hàm này h ng hụ thuộc vào mức hân giải, có ở t t cả

các mức hân giải j và các vị trí . Đi u này hoàn toàn hác so v i WT có

hân chia, hi y các hàm này chỉ u t hiện ở các vị trí ư i nhị nguyên 2-jk.

TIDWT không tr c giao, có dư.

V n u n ặt ra ối v i các hư ng há hử nhiễu à oại bỏ nhiễu

tốt nhưng vẫn hải bảo toàn ư c tín hiệu. Ph ng h TI WT h n h n

hi hi i h n à không g m m n hi nh WT nh ng i ó h

nh o n h h n WT TI WT h n àm o n h ho

nghi n ng dụng ủ ận n

4 T nh h nh n hiên cứu t on và n oài nước

4 u n điể n hiên cứu

Luận án chủ yếu tậ trung vào hai thác các ặc tính ọc truy n thống

theo hư ng há biến ổi wave et. ột số nghiên cứu d a vào các ặc tính

thống ê của các biến ngẫu nhiên. Phư ng há hử nhiễu hi tuyến trên c sở

các wave et c ng ã ư c nghiên cứu và ứng dụng r t nhi u, nh t à hi ử

các tín hiệu nhỏ trong các m i trường nhiễu hức tạ . Nhi u nghiên cứu ã sử

dụng và ây d ng nên các quy uật tín hiệu và nhiễu mang tính tổng quát và

ặc thù sau ó á dụng giải thuật ngưỡng hạn chế các thành h n nhiễu.

ận n i ào h ng h ng ng ể h hi n kh nhi n

hi q n m

* Phương pháp ngưỡng wavelet

Phư ng há ngưỡng wave et th c hiện qua ba bư c chính sau ây:

- Bư c một à biến ổi thuận (hay còn gọi à hân tích) wave et có ư c các hệ số biến ổi wave et.

- Bư c hai à ác ịnh giá trị ngưỡng và sử dụng hàm ngưỡng ư c bỏ các hệ số nhiễu.

- Bư c ba à biến ổi ngư c (hay còn gọi à tổng h ) wave et h i hục tín hiệu.

Cả ba bư c u quan trọng trong quá trình ử tín hiệu. Tính chính xác

à in ậ ong h n h, nh gi n hi ng nh hi q ả kh nhi

hụ h nhi ào ớ h i

4 Khử nhiễu bằn phươn pháp n ưỡn v l t

* Biến đổi wavelet của tín hiệu có nhiễu

o tính tuyến tính của biến ổi wave et mà hai tri n wave et của tín

hiệu ( . ) như sau:

w = v + ; w = Wx; v = Ws; = W (1.9)

trong ó, W à ma trận biến ổi thuận wave et.

ễ dàng th y rằng ma trận h biến của nhiễu:

9

S = E T= WQW

T (1.10)

Khai tri n wave et cho các hệ số nhỏ mang th ng tin v nhiễu và các hệ

số có giá trị tuyệt ối n ại mang th ng tin của tín hiệu nhi u h n nên có th

sử dụng thuật ngưỡng hạn chế các hệ số mang nhiễu, tái tạo ư c tín hiệu

gốc bằng biến ổi ngư c wave et.

* Phương pháp khử nhiễu bằng ngưỡng wavelet

Bư c u tiên trong hử nhiễu à chọn wave et cho biến ổi thuận và

ngư c wave et. Sau hi biến ổi thuận wave et có ư c các hệ số w, th c

hiện giải thuật ngưỡng có ư c các giá trị ư c ư ng w :

)ˆ/(ˆˆ ww (1.11)

hoặc: )(ˆ ww , (1.12)

trong ó à giá trị ngưỡng, (.) à hàm ngưỡng và à ư c ư ng của

ộ ệch chu n nhiễu. Các biện há hử nhiễu hác nhau ở việc chọn (.),

và . Hàm ngưỡng s quyết ịnh việc á dụng ngưỡng ối v i tín hiệu như

thế nào, ư c ư ng nhiễu quyết ịnh mức nhiễu và giá trị ngưỡng ư c ác

ịnh từ các uật ngưỡng.

Bư c cuối cùng của hử nhiễu à biến ổi ngư c wave et cho các hệ số

w , tái tạo tín hiệu hử nhiễu.

Nh n vấn đề đặt c luận án

ức ộ tư ng quan giữa các biến ngẫu nhiên và y à các tậ rời rạc

các mẫu: = { 1,…, n} và y = {y1,…,yn} có th ư c ánh giá qua hệ số tư ng

quan tuyến tính r [ 3]:

i ii i

i ii

yyxx

yyxxr

22 )()(

))(( , (1.21)

x và

y à các giá trị trung bình mẫu tư ng ứng của và y.

Trong trường h tổng quát, hi giá trị trung bình của tậ hác h ng

thì có th tính tậ m i - x , v i x à trung bình mẫu của . ỗi giá trị i

ư c thay bằng ui. Tư ng t ối v i tậ y, mỗi giá trị yi thay bằng vi. Biến m i

s=uv trong ó tậ s ={u1v1,…,unvn} có trung bình mẫu à hệ số tư ng quan d u:

uvs _

(1.22)

Giá trị 0 cho biết u và v h ng tư ng quan.

Tín hiệu tổng h ( . ), v i giả thiết h ng có tư ng quan giữa tín hiệu

có ích s và nhiễu, tư ng quan chéo có giá trị trung bình:

10

).().( ssR (1.26)

Như vậy nhiễu có th àm thay ổi giá trị trung bình của tư ng quan

chéo . ức ộ ảnh hưởng của nhiễu ư c hản ánh trong hư ng sai. Nhiễu

à tư ng quan thì tư ng quan giữa các hệ số j ư c bi u diễn bằng ma trận

h biến M kích thư c m n:

)(),(),cov( jijiij EM (1.29)

Các thành h n của M ư c ác ịnh từ các hàm t tư ng quan của

nhiễu. Khi j à hân bố chu n thì tư ng quan tổng cộng c ng à hân bố

chu n có hư ng sai:

var () = n

Mmn

ij

111 (1.30)

à tỷ số giữa các hư ng sai của , ư c tính trong hai trường h :

nhiễu tư ng quan và h ng tư ng quan.

h ậ , khi i hàm ng q n ủ nhi ng h ng

q n à không ng q n) h ó hể nh h ng i ng q n

h o à m ố hản nh m ảnh h ng ủ nhi n n hi

ong ) à à m ong những h m ố ể h n h n hi ng h )

nhằm dụng i n h kh nhi ằng ng ng ới ng ờng h

ụ hể.

* Những vấn đề đặt ra với luận án

Từ những hân tích ở trên ết h v i ặc tính biến ổi wave et, có th

rút ra một số nhận ét như sau:

- hi ng ào h hống i khiển ông nghi ôn ồn i, à

o i ng nhi n ng q n à không ng q n hi ng q n g

những o ng nhi , m n nh ong hi à ả những ng

môi ờng n ngoài, i à môi ờng ông nghi

- ó hể nh ng m nhi ng q n à không ng

qu n hông q m ận h i n nh hàm ng q n ủ

nhi Q i n i , gi nhi hể hi n ong m ận h

i n ủ h ố nhi

- Ph ng h TI WT à h i n i ó d , h ố i n i

wavelet m ng hông in n hi à nhi hi i h n WT ó hể d ng

ng ng mới n TI WT, ó h m ố hụ h nhi

ng q n à không ng q n kh nhi ng nhi n hi q ả h n,

ảo oàn n hi gố ố h n

11

1.6 Biến đổi v l t i ạc ch kh n đổi (TIDWT) TI WT h ng th c hiện y mẫu uống ở mỗi tỷ ệ mà tính toán t t cả

các hệ số dịch vì vậy giữ ại t t cả các hệ số wave et và các hệ số tỷ ệ ở các tỷ

ệ th [ 9].

),...,()()(

1)( j

Njj ccc v i )(

2

)(1

lj

lkZl

lj

k jchc

(1.38)

và các hệ số wave et à vect :

),...,()()(

1)( j

Njj ddd v i )(

2

)(1

lj

lkZl

lj

k jcgd

(1.39)

ây j log2N

TI WT cho ma trận WL ích thư c (L )N N, trong ó L à mức hân

tích c c ại.

Gọi ma trận j ích thư c N N à ma trận các hệ số wave et ở tỷ ệ thứ

j, ngh a à j(x) = d(j)

và ma trận Sj gồm các hệ số tỷ ệ ở tỷ ệ thứ j, ngh a à

Sj(x) = c(j)

thì:

TTL

TL

TL )S,R,...,R(W 1 (1.40)

Như vậy ma trận WL h ng hải à ma trận tr c giao như hai tri n

wave et rời rạc th ng thường nữa.

Theo thuyết ma trận [80], tồn tại ma trận ảo oore-Penrose:

TLL

TL

tL W)WW(W 1 (1.41)

thoả mãn: IWW LtL .

WL gồm t t cả các dịch của ma trận hệ số biến ổi wave et rời rạc nên

dạng hiện của ma trận t

LW s à:

)S,R,...,R(W T

LL

TLL

TtL

2

1

2

1

2

11

(1.42)

i nà h ng ỏ ằng i n i ng ủ TI WT ng nh q

ả d h ủ WT

Các ma trận j và SL có th tính ư c từ cách tính các bộ ọc t tư ng

quan (bộ ọc à-trous) A = ak: kZ}; a2k = ok ;

lkllk

lkllk

ggb

hha (1.43)

Xác ịnh các ma trận tỷ ệ Tj và ma trận wave et Qj :

jTj

jj SST 2 và

jTj

jj RRQ 2 (1.44)

12

Bằng cách nhân ma trận TL v i tậ dữ iệu vào X ta ư c giá trị chiếu

dịch h ng ổi của X. Các giá trị chiếu này óng vai trò quan trọng trong ặc

tính tr n của các hàm hử nhiễu dịch h ng ổi.

Tính chất tươn qu n c các hệ số biến đổi v l t ch kh n đổi

1. Hà tự tươn qu n c các hệ số biến đổi v l t t ực i o

Hàm t tư ng quan tỷ ệ của các hệ số biến ổi wave et tr c giao ư c

ịnh ngh a như sau:

dyxyyx )()()( , (1.46)

trong ó ( ) à hàm tỷ ệ trong c u trúc wave et.

Hàm t tư ng quan wave et:

dyxyyx )()()( , (1.47)

trong ó ( ) à hàm wave et trong c u trúc wave et.

Hệ số tự tươn qu n ch c các biến đổi v l t t ực i o

Họ các hàm t tư ng quan của các hệ số wave et dịch gồm các tậ :

10,1,

0

)(~

Nknjkj x và 10, )(

~0

Nkkn x , trong ó:

))(2(2)(~ 2/

, kxx jjkj và

))(2(2)(~

00

0

2/, kxx

nnkn

(1.74)

à các hàm dịch trong h ng gian V0.

ột vect f V0 bi u diễn dư i dạng:

1

0

0 )()(N

kk kxcxf (1.75)

và hàm tư ng quan:

1

0

0 )()(N

kk kxcxAf (1.76)

3 Cấu t úc tươn qu n c TID T

Đi m hác TI WT so v i biến ổi tr c giao à tồn tại các hệ số tư ng

quan. Các hệ số tư ng quan này chính à các thành h n của vect Sj trong ma

trận biến ổi WL (1.40).

Sau hi hai tri n ta có th tính ư c tư ng quan chéo hay h biến giữa

các hệ số )j(

kc ở mỗi tỷ ệ j hác nhau.

Bổ đề 1.2: Cho tậ z = (z1,…, zN) à chuỗi ngẫu nhiên N(0, ) và các hệ

số )j(k

)j(k d;c ư c tính theo ( .38), ( .39). Các giá trị h biến của các hệ số

ư c tính như sau:

)r()r(,)c,c(Cov jj)j(rk

)j(k

22 (1.110)

13

)r(r(,)d,d(Cov jj)j(rk

)j(k

22 (1.111)

)r(,)d,c(Cov jlj

)j(rk

)l(k

2 (1.112)

)r(,)d,d(Cov jlj

)j(

rk

)l(

k

2 (1.113)

h ậ khi dụng TI WT nói h ng h hàm ỷ à wavelet là

hàm ng q n, h n h à ng h n hi ó h nh o h n

o ới i n i gi o

Chươn : NGƯ NG TH CH NGHI in D SỬ DỤNG TID T

T ONG KHỬ NHI U T N HIỆU

T ong h ng nà ng q n ậ iể ho ố h hi n

i, ng dụng à giải h ậ n hi ủ ậ min d ng

ng ng h h nghi d ng ậ min n TI WT, nh

ng ng h ng ho nhi ng nhi n không ng q n à ng q n

bi n i

Tổn qu n về luật cực tiểu hoá tốc độ phát hiện l i

Giới thiệu

Luật c c ti u hóa tốc ộ hát hiện ỗi (minF ru e) nhằm c c ti u hóa

tỷ số các hệ số sai số cả trong tái tạo. Phư ng há này tính toán ngưỡng giống

như t t cả các hàm ngưỡng, u tiên nó ư c ưa ra giống như một ư c ồ

ngưỡng toàn cục cho dữ iệu một chi u.

Các tác giả u tiên u t uật c c ti u hóa tốc ộ hát hiện ỗi

minF à Benjamini và Hochberg [95] u t một thuật toán a chọn các

giả thuyết à ộ n i u hi n F . Đặt H(1), H(2), … H(G) hiệu à các giả

thuyết 0 ư c i m tra và P(1), P(2), ... P(G) à các giá trị h ng hụ thuộc tư ng

ứng, q à tỷ số mong muốn i u hi n F . Đ a chọn giả thuyết, ác

ịnh mức tỷ số u tiên q và tìm G

kqPGkk k

*:1maxˆ , oại t t cả

các giả thuyết 0 có chỉ số từ , …, . Đi u hi n mạnh của F ở mức q hi

các giá trị P à h ng hụ thuộc, hân bố iên tục và ồng nh t.

Đánh iá các th t c D

- Có s hụ thuộc r ràng giữa các số iệu thống ê. Đặc biệt à trong các

dữ iệu vi mảng, th hiện mức ộ gen có s tư ng quan cao.

- Benjamini và e utie i [ 8] ã chứng tỏ thủ tục của Benjamini và

HochBerg i u hi n F có th tăng năng ư ng v i i u iện hụ thuộc hồi

quy dư ng. Storey và nhi u tác giả hác [8 ] ã ác ịnh trường h ít hụ

thuộc, bao gồm các c u trúc tư ng quan hối th ng minh ác ịnh, hụ thuộc

ộng và một vài s hân bố hỗn h .

14

3 Các iải thuật n hiên cứu ứn n ử l tín hiệu c D

- Lavri và nhi u tác giả hác [58] dùng biến ổi wave et tr c giao và

tuyến tính v i dữ iệu quan sát ư c. Ưu i m của hư ng há này à h ng

hụ thuộc vào ích thư c dữ iệu, thứ hai à ộ ệch của các bộ ư c ư ng ạt

ư c nhỏ. Tuy nhiên hư ng há này hó ạt ư c c c ti u SE và c ng bị

suy giảm năng ư ng hi số các giả thuyết n.

- avid onoho và Jiashun Jin [38] ã á dụng ngưỡng F cho một

vect h ng Gauss có các toạ ộ i, i= …n, h ng hụ thuộc số m v i các

giá trị trung bình i riêng biệt. Kết quả chính của bài báo th hiện s thành

c ng ối v i việc ử các nhiễu h ng Gauss.

- V.V.K. .V. Prasad và nhi u tác giả hác [92] ã tiến hành hử nhiễu

tín hiệu iện não ồ EEG d a trên hư ng há ngưỡng biến ổi wava et dùng

uật minF trên c sở WT v i hàm ngưỡng

2

)(1ˆ 1 mp

và bộ

ọc ngưỡng cứng ã ạt ư c những ết quả há tốt. Tuy nhiên thuật toán m i

nghiên cứu á dụng cho nhiễu ngẫu nhiên h ng tư ng quan v i tín hiệu. Khi

ộ ệch chu n nhiễu biến ổi thì SN biến ổi n, hả năng hử nhiễu thay

ổi do có s thay ổi tư ng quan v i tín hiệu của nhiễu, hiệu quả hử nhiễu

của ngưỡng này h ng ổn ịnh.

Nhi u thuật toán cải tiến từ hư ng há minF ang tiế tục ư c

nhi u tác giả trên thế gi i quan tâm, nghiên cứu.

N ưỡn thích n hi v l t in D

N ưỡn đều cho D T

Khai tri n wave et tr c giao tậ tín hiệu và nhiễu ta ư c các hệ số biến

ổi wave et:

Wx = Ws + W , (2.2)

Trong ó x =(x1,x2,…, N) à tậ dữ iệu tín hiệu bao gồm nhiễu, s là

véct các mẫu tín hiệu s1,s2,…,sN và à véct nhiễu ngẫu nhiên 1, 2,…, N.

W à ma trận hệ số wave et tr c giao ích thư c N N và à ộ ệch chu n

bi u hiện mức ộ nhiễu. Véct nhiễu =W à những biến ngẫu nhiên có

hân bố chu n Gauss và h ng tư ng quan. ục ích hử nhiễu à tìm ra thuật

toán tậ nhiễu = W tiến t i h ng.

onoho và Johnstone [ 5], [ 9] ã ưa ra một ngưỡng toàn cục:

Nlog2 (2.3)

Như vậy giá trị ngưỡng à ngưỡng u Nlog2 . Giá trị ngưỡng

này hụ thuộc vào mức nhiễu h ng tư ng quan và c ng su t tín hiệu nhiễu.

N ưỡn cho nh n biến đổi kh n t ực i o

15

a trận hai tri n W có ích thư c PN N, h ng vu ng v i PN N.

Khi biến ổi wave et ngư c, ư c ma trận ~

W và:

IWW ~

(2.4)

Khai tri n tậ dữ iệu x theo bi u thức (2.2), ặt = Ws và = W.

Véct gồm PN biến ngẫu nhiên 1,…, NP . Các biến ngẫu nhiên này qua

biến ổi wave et vẫn có hân bố chu n v i vọng bằng 0 và ma trận h

biến: = WWT (2.5)

Nói chung I và các biến i h ng giống nhau.

Theo Donoho và Johnstone:

ijPji

ijP,...i

iP,...i

ir

exprKmaxPmaxP

NNN1

2

111

, (2.6)

trong ó = Nlog2 , K à hằng số, rij à hệ số tư ng quan giữa i và j.

B t ẳng thức cho biết mức ộ hác nhau giữa các biến ngẫu nhiên tư ng quan

và h ng tư ng quan v i sai số à:

ijPjiij

rexpr)(R

N1

2

1

(2.7)

Sai số hụ thuộc vào hệ số tư ng quan rij và số các biến ngẫu nhiên

PN. Nhi u hư ng há hử nhiễu ã bỏ qua tính tư ng quan trong dữ iệu gốc.

Trong nhi u trường h , giá trị này à áng . Đ có th oại bỏ ư c các giá

trị này trong các hệ số wave et, nó c n hải có mặt trong ngưỡng thích nghi.

3 Đề uất n ưỡn thích n hi in D sử n TID T

3 Luật n ưỡn thích n hi inFDR

Ngưỡng minF ban u ư c u t bởi Benjamini, HochBerg [95]

ư c bi u diễn bằng bi u thức:

2

)(1ˆ 1 mp

Bi u thức này chỉ hử

ư c các oại nhiễu ngẫu nhiên h ng tư ng quan v i nhau. Xác ịnh ngưỡng

m i ta quay trở ại v i b t ẳng thức (2.6), hệ số tư ng quan rij = Cov(i ,j),

v i ma rij= < 1.

Khi 1 i < j (L )N, số ư ng các hệ số tư ng quan có th có như sau:

00 )c,c(Covc,c(Cov#rr#)L(

l)L(

k)L(

l)L(

kijij

+ L,...,m,)d,c(Covd,c(Cov#)m(

l

)L(

k

)m(

l

)L(

k 10

+ m,...,n;L,...,m,)d,d(Covd,d(Cov#)n(

l

)m(

k

)n(

l

)m(

k 110

Số các hệ số tư ng quan hác h ng bị hạn chế bởi c bộ ọc , mức

hân giải L và ộ dài tín hiệu N

* Ước lư ng nhiễu thích nghi wavelet

16

Độ lệch chuẩn

Độ ệch chu n ư c ác ịnh theo các hệ số ở những tỷ ệ tinh nh t

à các hệ số chi tiết (hệ số wave et) và theo ặc tính hân bố thống ê của

nhiễu:

6745.0

j

kdmedian

(2.9)

Trong ó jkd à các hệ số wave et theo ( .39)

Độ lệch chuẩn i :

V i nhiễu có hư ng sai 2, ma trận h biến hi biến ổi wave et ở

mức thứ i theo ( . 0) trong chư ng :

Tii

Tii

Tiii WWIWWQWW 22

(2.10)

TI WT h ng tr c giao nên: Wi Wi T I (2.11)

Đường chéo chính của ma trận Wi Wi T à hư ng sai 2

i :

)WW(diag Tiii 2 (2.12)

3 N ưỡn thích n hi v l t in D đề uất

Bi u thức ngưỡng thích nghi minF ư c u t có hả năng thích

nghi v i tín hiệu và nhiễu như sau:

2

)(1

1.ˆ.ˆ).1.(

mpianew (2.13)

Trong ó: Phư ng sai nhiễu h ng tư ng quan có ộ ệch chu n à

giá trị trung bình của hệ số biến ổi wave et tinh nh t. Phư ng sai nhiễu tư ng

quan có ộ ệch chu n i ư c ác ịnh từ ma trận theo bi u thức (2. 2)

sau mỗi bư c dịch vòng. Giá trị ngưỡng này hụ thuộc vào mức nhiễu

h ng tư ng quan và cả nhiễu tư ng quan i khi TIDWT. à hệ số tư ng

quan của các biến ngẫu nhiên, ư c y c c ại của các giá trị h biến tính

ư c.

- a à hệ số th c nghiệm ư c t ộng ác ịnh theo giải thuật ư c cụ

th bằng các bư c sau ây.

3 3 Tự độn ác đ nh hệ số t on hà n ưỡn đề uất

Giá trị a ư c ác ịnh theo hư ng há th c nghiệm v i mục tiêu cho

ết quả tốt nh t ối v i nhi u oại tín hiệu, nó hụ thuộc vào dạng tín hiệu u

vào và sóng m ư c chọn.

ớ ng nh h hi n nh :

- ớ 1: Chọn sóng wave et m (Giả sử có L sóng).

17

- ớ 2: Th c hiện vòng ặ n ư t từ tín hiệu thứ ến tín hiệu thứ

các bư c (3,4,5,6,7,8).

- ớ 3: Tạo tín hiệu và nhiễu ích thư c N.

- ớ 4: Tính các hệ số ọc, chọn mức dịch vòng.

- ớ 5: Xác ịnh hệ số a. ây a ư c tìm trong các giá trị [ ,5] v i

bư c nhảy à 0. , ngoài những giá trị này SN r t th .

- ớ 6: Th c hiện các bư c dịch vòng, tính giá trị h biến và hư ng sai.

- ớ 7: Tính giá trị ngưỡng thích nghi.

- ớ 8: Chọn SN nào có giá trị n nh t và n h n SN của ngưỡng

u. Ghi ại giá trị này.

- ớ 9: Quay ại bư c 2 v i tín hiệu hác và th c hiện quy trình tư ng

t v i các bư c (3, ,5,6, ,8) v i n ư t tín hiệu.

- ớ 10: Đ tiế tục th c hiện tìm a v i các sóng wave et m hác,

quay ại bư c , sau ó ại th c hiện từ bư c 2 ến bư c 8.

- ớ 11: Qua t t cả L vòng và các bư c ặ , chọn a ứng v i SN

n nh t, cho hình ảnh tr n nh t, ảm bảo ộ tin cậy, ộ trung th c của ết quả

thu ư c.

- T hệ số với tín hiệu chuẩn Doppl

0 100 200 300 400 500

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Tin hieu goc

nh 2 2 -T n hi o gố

0 100 200 300 400 500

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Tin hieu co nhieu

nh 2 2 -T n hi o n

nhi = 9.2274 dB

0 100 200 300 400 500

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Tin hieu khu nhieu nguong thich nghi minFDR a=3

nh 2 2d-T n hi o kh

nhi ng ng minFDR

Với =3, SNR = 12.3701dB

0 100 200 300 400 500

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Tin hieu khu nhieu nguong thich nghi minFDR a=4

nh 2 2 -T n hi o kh

nhi ng ng min

Với =4, SNR = 10.9215dB

18

0 100 200 300 400 500

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Tin hieu khu nhieu nguong thich nghi minFDR a=6

nh 2 2 -T n hi o kh

nhi ng ng min

Với =6, SNR = 9.3289dB

0 100 200 300 400 500

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Tin hieu khu nhieu nguong thich nghi minFDR a=2

nh 2 2g-T n hi o kh

nhi ng ng min

Với a=2, SNR = 14.7669dB

Hình 2.2 - Các ết quả tìm hệ số a hi hử nhiễu tín hiệu o er

Kết quả thử nghiệm hử nhiễu trên tín hiệu o er cho th y v i hệ số

a=2 ạt ư c SN cao nh t, cho hiệu quả hử nhiễu tốt nh t so v i các hệ số

hác.

Thuật toán ư c á dụng cho nhi u dạng tín hiệu và nhi u dạng sóng m

hác nhau. Từ việc t ộng ác ịnh hệ số a và các ết quả m hỏng trên ã

chứng tỏ rằng thuật toán ác ịnh ư c hệ số a tối ưu à a=2. o ó v i giá trị

a hội tụ hoảng 80 tại a=2 thì hà n ưỡn c tác iả đề uất là:

2

)(1

1.ˆ.ˆ).1.(2

mpi (2.14)

h ậ : i ng ng 2 ) ó hể ồng hời kh ả nhi ng

q n à không ng q n

Chươn 3: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU U KHỬ NHI U

ể kiểm h ng i k q ả nghi n h n, ong h ng nà

giả h hi n kh nhi n hi ằng ng ng h h nghi min

q ớ : Mô hỏng kh nhi n M ới n hi ó kh

nh , ới óng m kh nh ) h nhi n n hi h ong h ng

h nghi m h nhi i hi n ờng Q m i h n giả o nh

k q ả kh nhi h o ng ng ới h ng h min

gố à h ng h ng ng kh .

3 M c tiêu, phươn pháp ph n khử nhiễu tín hiệu

* M c tiêu ph n

- Nhằm ác ịnh hiệu quả hử nhiễu của ngưỡng u t v i các mức

SN hác nhau của các oại tín hiệu hác nhau. Trư c tiên hàm ngưỡng ư c

thử nghiệm v i các tín hiệu chu n trộn nhiễu ( à các tín hiệu ư c y mẫu

19

trong thư viện h n m m at ab), sau ó tiến hành thử nghiệm v i các tín hiệu

th c tế (Tín hiệu hí mê tan h m ò CH , tín hiệu o nhiệt ộ, ộ m của Nhà

trồng)

- Ki m chứng thuyết và so sánh ết quả th c nghiệm v i các giải

thuật hử nhiễu wave et truy n thống.

* hươn pháp ph n

Phư ng há hử nhiễu ư c th c hiện qua các bư c chính sau:

- Biến ổi wave et dịch h ng ổi qua biến ổi tr c giao bằng các bộ ọc th ng th và th ng cao.

- Tính toán các tham số ngưỡng và ác ịnh giá trị ngưỡng. - Sử dụng hàm ngưỡng, ư c bỏ các hệ số nhiễu. - Biến ổi ngư c wave et dịch h ng ổi bằng các bộ ọc th ng th và

th ng cao h i hục tín hiệu.

* M h nh ph n Tín hiệu có nhiễu tác ộng sau bộ cộng ( ), v i = ,…, N và N à ích

thư c tín hiệu ã rời rạc hóa: x(k) = s(k) + n(k)

Hình 3- S ồ m hỏng hử nhiễu bằng ngưỡng thích nghi wave et

Hiệu quả hử nhiễu ư c ánh giá bằng tỷ số tín hiệu trên nhiễu:

dBxs

sSNR

lg20

(3.1)

Lư c bỏ các hệ số wave et

nhiễu qua hàm ngưỡng

Biến ổi ngư c wave et

rời rạc dịch h ng ổi

(k)x~

Xác ịnh ngưỡng

thích nghi

Wave et m

x(k)

Nhiễu giả

ngẫu nhiên

Biến ổi thuận wave et rời

rạc dịch h ng ổi

n(k)

Nguồn tín hiệu

s(k)

20

V i tín hiệu ư c h i hục (k)x~ , tỷ số tín hiệu trên nhiễu à:

dBxs

slgSNR

20 (3.2)

Chư ng trình m hỏng sử dụng bộ ọc Coif et . Có th chọn Coif et(N), (N =

1,... 5). Biến ổi wave et ư c th c hiện theo các bư c dịch vòng i = 0,…, L2.

Giá trị c c ại L2 có th chọn:

NlogL 22 (3.4)

Trong uận án, chọn L2 = 3.

3 M ph n , thử n hiệ với các tín hiệu chuẩn t on M tlab

3 M ph n các tín hiệu có SN thấp

Bảng 3. – Bảng so sánh ết quả hử nhiễu các tín hiệu có SN th

Tín hiệu SNRN ưỡn

đều

N ưỡn

minFDR

ốc

N ưỡn

minFDR

đề uất

Mức t n

n ưỡn

đều

Mức t n

n ưỡn

minFDR

đề xuất

Doppler 8.8947 12.6965 10.4432 15.842 3.8018 6.9473

HeaviSine 8.9100 18.9798 9.8800 19.3242 10.0698 10.4142

Bumps 8.7989 10.2907 9.4415 12.1321 1.4918 3.3332

Blocks 7.7920 11.9170 8.9166 12.8268 4.1250 5.0348

Các ết quả m hỏng ư c thống ê ở bảng trên cho th y hử nhiễu

bằng TI WT ngưỡng thích nghi minF cho giá trị SN n h n r rệt so v i

các ngưỡng hác.

3.2.2 M« pháng c¸c tÝn hiÖu cã SNR cao

Bảng 3.2 – Bảng so sánh ết quả hử nhiễu các tín hiệu có SN cao

Tín hiệu SNRN ưỡn

đều

N ưỡn

minFDR

ốc

N ưỡn

minFDR

đề uất

Mức t n

n ưỡn

đều

Mức

t n

n ưỡn

minFDR

đề xuất

Doppler 13.2167 17.6574 14.7743 18.3256 4.4407 5.1089

HeaviSine 28.8536 33.8172 30.1980 36.1429 4.9636 7.2893

Bumps 16.9801 17.3630 18.3290 18.6359 0.3829 1.6558

Blocks 28.2869 29.4019 29.8355 30.8231 1.1150 2.5362

Từ bảng 3. , 3.2 ta th y rằng v i các ết quả iệt ê trên các tín hiệu có

mức nhiễu ít, hay nhiễu nhi u, hàm ngưỡng u t vẫn hử ư c nhiễu tốt

h n so v i ngưỡng minF gốc và ngưỡng u. Tuy nhiên s chênh ệch ết

quả h ng nhi u so v i các ngưỡng hác trong trường h hử nhiễu có SN

cao (tín hiệu ít nhiễu h n). Qua ết quả m hỏng c ng cho th y v i các tín

21

hiệu có nhiễu n (SN < dB) thì thuật toán ử chưa thật hiệu quả. Trong

trường h này, SN n h n các ngưỡng hác nhưng dạng tín hiệu hục hồi

h ng ư c như tín hiệu gốc ban u.

3 3 Một số kết quả ph n ử l tín hiệu thực

3 3 Hệ thốn SCADA ứn n t on kh i thác hầ l c VI LINA

S ồ hối của u o trong hệ thống SCA A do VIELINA chế tạo như

sau.

Hình 3.22 - S ồ hối u o hí CH , CO

Trong s ồ này h n hử nhiễu y ra tín hiệu chính ác ư c á

dụng trong h n m m nhúng vào bộ CPU. Phư ng há và cách th c hiện hử

nhiễu ư c tiến hành cụ th như sau:

3.3.2 Khử nhiễu tín hiệu khí ê t n hầ l (CH4)

3 3 Thực hiện t on ph n thí n hiệ (PTN)

y ựn h nh thí n hiệ , phươn pháp thực hiện, c tiêu, kết

quả đạt được:

- hươn án 1: Gồm u o, bình hí, buồng hoà trộn, máy o chu n c m

tay , bộ chuy n ổi S232 S 85, máy tính.

hươn pháp thực hiện: L y mẫu hí CH ở các nồng ộ hác nhau

trong thời gian ngày. Sau ó y oạn mẫu b t , trộn nhiễu và ử bằng

h n m m v i hàm ngưỡng u t.

SEN

SOR

OP

AM

Analog

OP

TO

RS4

85

+5VDC 2.5VDC -5VDC 4.096

LED KEY

OPTO

CPU

ATMEGA16

EEPROM

22

M c tiêu: Trộn nhiễu v i các tỷ ệ SN hác nhau ở các mức nồng ộ

CH4 khác nhau nhằm ánh giá hả năng hử nhiễu của hàm ngưỡng u t.

So sánh ết quả v i các hàm ngưỡng hác.

Kết quả đạt được: T h nh ảnh h ho h ng ng

có xu h ớng kh nhi ố h n ng n hi nhi m n nhi h n,

h Ở ng nhi , h ậ o n nhi

o h n nh ng không kh nhi o ới h ng pháp ng ng

khác.

- hươn án 2: Gồm u o, bình hí, buồng hoà trộn, máy o chu n c m tay

, bộ chuy n ổi S232 S 85, máy tính.

hươn pháp thực hiện: L y mẫu hí CH ở các nồng ộ hác nhau từ

vi ử của u o, cộng nhiễu và ử tr c tiế ánh giá hiệu quả của

h n m m v i hàm ngưỡng u t.

M c tiêu: Trộn nhiễu v i tín hiệu CH ạt ư c các tỷ ệ SN hác

nhau ở các mức nồng ộ CH hác nhau nhằm ánh giá hả năng hử nhiễu

của hàm ngưỡng u t. So sánh ết quả v i các hàm ngưỡng hác. Các ết

quả thu ư c: Hình 29, hình 3.30.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 45000

0.5

1

1.5DU LIEU CH4 GOC

Thoi gian (ms)

Nong d

o C

H4 (

%)

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 45000

0.5

1

1.5DU LIEU CH4 KHU NHIEU NGUONG DEU

Thoi gian (ms)

Nong d

o C

H4 (

%)

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 45000

0.5

1

1.5DU LIEU CH4 KHU NHIEU NGUONG DE XUAT

Thoi gian (ms)

Nong d

o C

H4 (

%)

Hình 3.29 - L y mẫu hí từ vi ử , cộng nhiễu và hử tr c tuyến

23

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000.9

1

DU LIEU CH4 GOC

Thoi gian (ms)

Nong do C

H4 (%

)

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000.9

1

DU LIEU CH4 TRON NHIEU

Thoi gian (ms)

Nong do C

H4 (%

)

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000.9

1

DU LIEU CH4 KHU NHIEU NGUONG DEU

Thoi gian (ms)

Nong do C

H4 (%

)

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000.9

1

DU LIEU CH4 KHU NHIEU NGUONG DE XUAT

Thoi gian (ms)

Nong do C

H4 (%

)

Hình 3.30 - L y mẫu hí từ vi ử , cộng nhiễu và hử tr c tuyến

hình 3.29, tại các mốc thời gian 2900, 3100, 3250, 3600, 3800ms à

những i m nhiễu ột biến, n trên mức cảnh báo nồng ộ CH trong

hoảng thời gian ng n, hàm ngưỡng thích nghi minF u t ã hử ư c

các nhiễu ột biến này và giảm ư c cảnh báo giả.

Quan sát Hình 3.30, từ r t nhi u mẫu nồng ộ CH ư c y, trộn nhiễu

ngẫu nhiên, sau ó hử nhiễu bằng ngưỡng u và ngưỡng thích nghi minF

u t, rồi so sánh ết quả. Căn cứ vào số iệu o ạc ư c trong quá trình

th c nghiệm cho th y rằng hi nhiễu àm méo dạng tín hiệu CH , gây cảnh báo

giả ở một vài i m ột biến, hàm ngưỡng u và ngưỡng u t u hử

nhiễu tốt, giảm ư c cảnh báo giả, tuy nhiên hàm ngưỡng thích nghi minF

u t vư t trội h n so v i ngưỡng u vì số i m cảnh báo giả ã ư c giảm

i áng , ong khoảng m o n ó iểm ảnh o giả

h ng ng ảnh o n n ng ng h h nghi min h

ảnh o m n i nà hể hi n in ậ à h nh ủ h o, dữ

i ó nhi khi kh nhi ả ho i k q ả in ậ , ng

h h n.

24

- hươn án 3: Gồm u o, bình hí, buồng hoà trộn, máy o chu n c m

tay , bộ chuy n ổi S232 S 85, máy tính, ộng c quạt gió và bộ i u

t n (tạo nhiễu).

hươn pháp thực hiện: Cho thay ổi tốc ộ của ộng c quạt gió. L y

mẫu hí CH ở các nồng ộ hác nhau ã bị ảnh hưởng bởi nhiễu do s hoạt

ộng của ộng c và ử tr c tiế .

M c tiêu: Thay ổi tốc ộ của ộng c nhằm tạo nhiễu àm méo dạng

tín hiệu CH ạt ư c các tỷ ệ SN hác nhau. Tiế tục thay ổi các mức

nồng ộ CH4 hác nhau nhằm ánh giá hả năng hử nhiễu của hàm ngưỡng

u t. So sánh ết quả v i các hàm ngưỡng hác. Hình ảnh thu ư c:

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000.2

0.3

0.4

0.5

0.6

DU LIEU CH4 GOC

Thoi gian (ms)

Nong d

o C

H4 (

%)

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000.2

0.3

0.4

0.5

0.6

DU LIEU CH4 KHU NHIEU NGUONG DEU

Thoi gian (ms)

Nong d

o C

H4 (

%)

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000.2

0.3

0.4

0.5

0.6

DU LIEU CH4 KHU NHIEU NGUONG DE XUAT

Thoi gian (ms)

Nong d

o C

H4 (

%)

Hình 3.3 – L y mẫu hí từ vi ử ã bị ảnh hưởng do nhiễu

từ ộng c quạt gió

- hươn án 4: Gồm u o, bình hí, buồng hoà trộn, máy o chu n c m

tay , bộ chuy n ổi S232 S 85, máy tính, máy hát t n số CA100.

hươn pháp thực hiện: ùng máy hát t n số hát các mức t n số

hác nhau. L y mẫu hí CH ở các nồng ộ hác nhau ã bị ảnh hưởng bởi

nhiễu do s hoạt ộng của máy hát này và ử tr c tiế .

M c tiêu: áy hát các t n số hác nhau tạo ra nhiễu àm méo dạng tín

hiệu CH ở các tỷ ệ SN hác nhau. Tiế tục thay ổi các mức nồng ộ CH

hác nhau nhằm ánh giá hả năng hử nhiễu của hàm ngưỡng u t. So

sánh ết quả v i các hàm ngưỡng hác. Kết quả th hiện ở hình 3.32.

25

0 200 400 600 800 1000 1200

0.6

0.8

1

DU LIEU CH4 GOC

Thoi gian (ms)

Nong d

o C

H4 (

%)

0 200 400 600 800 1000 1200

0.6

0.8

1

DU LIEU CH4 KHU NHIEU NGUONG DEU

Thoi gian (ms)

Nong d

o C

H4 (

%)

0 200 400 600 800 1000 1200

0.6

0.8

1

1.2DU LIEU CH4 KHU NHIEU NGUONG DE XUAT

Thoi gian (ms)

Nong d

o C

H4 (

%)

Hình 3.32– L y mẫu hí từ VXL ã bị ảnh hưởng do nhiễu

từ máy hát t n số

Hình 3.3 và 3.32, quan sát các sườn ên và uống của dữ iệu gốc và ết

quả hử nhiễu, hàm ngưỡng u t hử nhiễu triệt h n, giữ ư c hình ảnh

tr n h n so v i ngưỡng u, trả v cho vi ử số iệu ã ư c hử nhiễu

trung th c h n.

3.3.2.2 Thử n hiệm thực tế:

Sau hi thí nghiệm, i m tra ết quả và hoàn thiện ngưỡng, tác giả cung

c thuật toán cho nhóm th c hiện nhúng vào chí , ưa vào thử nghiệm,

ặt 2 chí ưa uống th c tế m i trường h m ò trong thời gian 2 tháng. Qua

quá trình thử nghiệm th c tế tại h m ò thuộc í nghiệ than Khe Tam, C m

Phả, tỉnh Quảng Ninh từ tháng 9/2011 – 20 , thuật toán ư c người sử

dụng ánh giá: u o dùng hàm ngưỡng u t hử nhiễu hiệu quả, tin cậy,

tránh ư c các báo ộng giả.

Đây à một trong những căn cứ quan trọng tác giả tiế tục hoàn thiện

thuật toán theo hư ng mở và inh hoạt nhằm ứng dụng hử nhiễu hệ thống

SCA A trong m i trường có nhi u nguồn nhiễu hức tạ .

26

KẾT LUẬN

. Luận án ã nghiên cứu ác ịnh ư c các giá trị h biến nhiễu th ng

qua h biến của các hệ số TI WT, hản ánh ặc tính tư ng quan của nhiễu

trong i u iện các hư ng sai bằng một. TI WT ư c chọn àm c sở toán

học cho nghiên cứu ứng dụng của uận án.

2. Nâng cao tính ác th c của m i trường nhiễu qua tham số ư c ư ng

nhiễu tư ng quan wave et i ác ịnh từ ma trận h biến của các hệ số biến

ổi wave et, hụ thuộc mức dịch vòng i trong biến ổi wave et dịch h ng ổi.

Phư ng há hử nhiễu sát v i ặc tính hân bố của nhiễu h n, hiệu quả hử

nhiễu tăng, hử ư c các nhiễu ột biến.

- Xây d ng ư c giá trị ngưỡng thích nghi wave et, thích nghi v i các

m i trường nhiễu tư ng quan và h ng tư ng quan (2. ):

Trong ó nhiễu tư ng quan ư c hản ánh trong các tham số m i so v i

ngưỡng minF gốc à: ư c ư ng nhiễu i, h biến c c ại và mức dịch

vòng L, a à hệ số thích nghi trong hàm ngưỡng.

Nhiễu h ng tư ng quan: ộ ệch chu n tư ng quan 1ˆ i và h

biến = 0, h ng dịch vòng (L = 0),

à ộ ệch chu n nhiễu h ng tư ng

quan.

3. hỏng, thử nghiệm th c tế, ánh giá hiệu quả hử nhiễu ngưỡng

thích nghi minFDR trên c sở TI WT so v i các hư ng há hử nhiễu

wave et truy n thống d a trên các tín hiệu chu n trong thư viện h n m m

at ab và các tín hiệu o ường th c.

KIẾN NGH V NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾ TH O

- V thuyết, nghiên cứu ết h ngưỡng thích nghi v i hàm ngưỡng

mở rộng m i trường ứng dụng.

- ng dụng th c tế trong thiết bị và hệ thống iện tử cụ th , hệ thống

i u hi n c ng nghiệ bằng cách thiết ế h n cứng m un hử nhiễu.

2

) ( 1 1 . ˆ . ˆ ). 1 .( a

m p i

27

CÁC CÔNG T NH CÔNG BỐ C A TÁC GI

[1] Tr n Thị Hoà ( 20 0), V m h ng h kh nhi ng hi q ả

dụng ng ng , Tuy n tậ báo cáo hoa học ỷ niệm 25 năm

thành ậ Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, T ộng hoá Hà Nội, tr. 2-

76.

[2] Tr n Thị Hoà, Nguyễn Thế Truyện, Phạm Văn B nh (6/2011), Ph ng

h h n ng ng ong kh nhi ho n hi o ờng ông nghi ,

Tạ chí Đại Học Giao th ng Vận tải Hà Nội, (3 ), tr. 85-91.

[3] Tr n Thị Hoà, Nguyễn Thế Truyện, Phạm Văn B nh (7/2011), ậ

iể ho ố h hi n i à ng dụng ong TI WT ể kh nhi n

hi , Kỷ yếu ATC- EV 20 Đà Nẵng. EV-COMNAVI 2011 thông

tin và ịnh vị trên bi n, tr. 2-147.

[4] Tran Thi Hoa, Nguyen The Truyen, Pham Van Binh (8/2011), A novel signal

processing algorithm based-on wavelet theory for mitigating interference,

application to industrial systems, Journal of Science and Technology, Technical

Universities, No.83, ISSN 0868 – 3980, pp 108-112.

[5] Tr n Thị Hoà, Nguyễn Thế Truyện, ( 20 ), Ph ng h ng

nh h ố ong hàm ng ng min ể n ng o khả

năng hống nhi ong h hống ông nghi , Tuy n tậ Hội nghị toàn

quốc n thứ nh t v Đi u hi n và T ộng hóa – VCCA-2011,

Proceedings, ISBN 978-604-911-202-7, tr. 62-67.