پدافند غیرعامل

پدافند غیرعامل

بهبود عملکرد فیلتر تطبیقی LMS در حذف نویزهای نظامی با استفاده از بهینه‌سازی ترکیب پنج ویژگی سیگنال به کمک الگوریتم ژنتیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران
2 استادیار دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران
چکیده .
پردازش سیگنال‌های صوتی در محیط‌های نظامی به دلیل وجود نویزهای پیچیده‌ای مانند انفجار، شلیک سلاح و پارازیت‌های الکترومغناطیسی، همواره با چالش‌های متعددی روبرو بوده است. در این پژوهش، یک روش پیشرفته برای حذف نویزهای محیطی از سیگنال‌های صوتی نظامی ارائه شده که از یک فیلتر تطبیقی LMS با نرخ یادگیری پویا بهره می‌برد. نوآوری اصلی این تحقیق، به‌کارگیری همزمان پنج ویژگی سیگنال ورودی شامل انرژی، واریانس، کوواریانس، آنتروپی و نرخ گذر از صفر برای تنظیم خودکار نرخ یادگیری است. ترکیب بهینه این ویژگی‌ها با استفاده از الگوریتم ژنتیک و با جمعیت ۵۰ کروموزوم در ۱۰ نسل انجام شده که ضرایب بهینه[0/8486, 0/1872, 0/5016, 0/9195, 0/3582] را نتیجه داده است. نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد روش پیشنهادی به بهبود 12/43 دسی‌بلی در نسبت سیگنال به نویز (از 0/18- به 12/25 دسی‌بل) و کاهش خطای میانگین مربعات به 0/0016 دست یافته است. همچنین این روش بهبود 1/95 دسی‌بلی در SNR نسبت به فیلترهای ثابت و کاهش 1/56 برابری واریانس خطا را نشان می‌دهد. این الگوریتم با حفظ تعادل بین دقت و پیچیدگی، برای کاربردهای حیاتی نظامی مناسب است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Enhancement of LMS Adaptive Filter Performance for Military Noise Reduction Using Genetic Algorithm Optimization of Five Signal Features Combination

نویسندگان English

Nima Jafari 1
reza esfahani 2
1 StudentMaster's degree Imam Hussein University, Tehran, Iran.
2 Assistant Professor, Imam Hussein University, Tehran, Iran
چکیده . English

Audio signal processing in military environments has consistently faced significant challenges due to the presence of complex noises such as explosions, weapon fire, and electromagnetic interference. This study presents an advanced method for removing environmental noise from military audio signals, utilizing a Least Mean Squares (LMS) adaptive filter with a dynamic learning rate. The primary innovation of this research is the simultaneous use of five input signal features—namely, energy, variance, covariance, entropy, and zero-crossing rate—for the automatic adjustment of the learning rate. The optimal combination of these features was achieved using a genetic algorithm with a population of 50 chromosomes over 10 generations, yielding the optimal coefficient set: [0.8486, 0.1872, 0.5016, 0.9195, 0.3582]. Experimental results demonstrate that the proposed method achieves a 12.43 dB improvement in the Signal-to-Noise Ratio (SNR) – from -0.18 dB to 12.25 dB – and reduces the Mean Squared Error (MSE) to 0.0016. Furthermore, the method shows a 1.95 dB superior SNR improvement compared to fixed learning-rate filters and a 1.56-fold reduction in error variance. By maintaining an optimal balance between accuracy and computational complexity, this algorithm is well-suited for critical military applications.



کلیدواژه‌ها English

Adaptive Filter
Noise Cancellation
Military Audio Processing
Dynamic Learning Parameter
NR
Genetic Algorithm
Coefficient Optimization
[1]
M. S. Grewal, International Encyclopedia of Statistical Science, Berlin, Heidelberg: Springer, 2025.
M. Lovric (ed.), International Encyclopedia of Statistical Science, Berlin, Heidelberg: Springer, 2011.
[2]
A. Yaghootian, "Estimation of ultrasonic waveform using Kalman filter," Journal of Acoustical Signal Processing, 2021.
[3]
C. Jannu and S. D. Vanambathina, "An overview of speech enhancement based on deep learning techniques," International Journal of Image and Graphics, 2025.
[4]
Y. Xu, X. Li and Y. Wu, "Deep learning for speech enhancement: A survey," IEEE Transactions on Audio, Speech, and Language Processing, 2023.
[5]
S. Kour, P. Sharma, A. M. Zargar, A. Sonania, T. Hassan and N. Nijamuddin, "Emotion recognition from speech signals using hybrid CNN model," in Proceedings of the 3rd International Conference on Advancement in Computation & Computer Technologies (InCACCT), 2025.
[6]
S. Boll, "Suppression of acoustic noise in speech using spectral subtraction," IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, vol. 27, no. 2, pp. 120-113, 1979.
[7]
H. D. Hesar and A. D. Hesar, "Adaptive dual augmented extended Kalman filtering of ECG signals," Measurement, 2024.
[8]
V. S. R. Kumari and D. K. Devarakonda, "A wavelet based denoising of speech signal," in Proceedings of International Conference on Signal Processing, 2013.
[9]
M. Shanthamallappa, K. Puttegowda, N. K. H. Nannappa and e. al, "Robust automatic speech recognition using wavelet-based adaptive wavelet thresholding: A review," SN Computer Science, 2024.
[10]
S. Talati and R. Esfahani, "Presenting a New Method of Image Steganalysis Based on MLP Neural Network," Passive Defense, 2023(In Persian).
[11]
M. R. Hasani Ahangar and M. Akhzami, "Fault Tolerance in the MLP Neural Networks Using Triple Modular Redundancy," Passive Defense, vol. 4, pp. 51-61, 2013(In Persian).
[12]
R. Esfahani and A. R. Matinfar, "Steganography Audio Based on Zero-Tree Wavelet Transform Algorithm," Passive Defense, vol. 14, pp. 115-130, 2023(In Persian).
[13]
S. Haykin, Adaptive Filter Theory, Englewood Cliffs, NJ, USA: Prentice Hall, 2002.
[14]
N. K. Yadav, A. Dhawan, M. Tiwari and e. al, "Modified model of RLS adaptive filter for noise cancellation," Circuits, Systems, and Signal Processing, 2024.
[15]
Y. Iqbal, T. Zhang, T. S. Gunawan, S. A. Raza, I. Habib and F. Jiang, "A hybrid speech enhancement technique based on discrete wavelet transform and spectral subtraction," IEEE Access, vol. 13, 2025.
[16]
M. R. Hasani Ahangar and A. Moghaddasi, "The Study and Introducing Artificial Intelligence Algorithm to Solve OptimizationIssues: Application, Advantages and Disadvantages," Passive Defense, vol. 4, pp. 13-24, 2014(In Persian).
 
دوره 17، شماره 2 - شماره پیاپی 66
شماره پیا پی 66 تابستان 1405
تابستان 1405
صفحه 45-58

  • تاریخ دریافت 25 شهریور 1404
  • تاریخ بازنگری 08 آذر 1404
  • تاریخ پذیرش 22 تیر 1405
  • تاریخ انتشار 01 مرداد 1405