[发明专利]基于FISTA的压缩感知信号实时重构方法有效
申请号: | 201810691202.3 | 申请日: | 2018-06-28 |
公开(公告)号: | CN109085545B | 公开(公告)日: | 2023-03-21 |
发明(设计)人: | 鲍丹;申昱东;秦国栋;刘高高;武斌;蔡晶晶;李鹏 | 申请(专利权)人: | 西安电子科技大学 |
主分类号: | G01S7/285 | 分类号: | G01S7/285;G01S7/35;H03M7/30 |
代理公司: | 陕西电子工业专利中心 61205 | 代理人: | 田文英;王品华 |
地址: | 710071 陕*** | 国省代码: | 陕西;61 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 基于 fista 压缩 感知 信号 实时 方法 | ||
1.一种基于快速迭代阈值收缩算法FISTA的压缩感知信号实时重构方法,其特征在于,通过快速迭代阈值收缩算法FISTA中的近似梯度下降值公式、近似重构阈值向量公式、重构信号权重计算公式和中间重构结果向量公式,得到压缩感知信号重构的重构结果,对压缩感知信号重构时接收到的信号值进行缓存,缓存的信号值作为下一次信号重构的压缩感知待重构信号向量的元素,在现场可编程门阵列FPGA上实现对压缩感知信号的实时重构;该方法的具体步骤包括如下:
(1)获取压缩感知待重构信号向量:
(1a)对雷达接收机接收的频域稀疏雷达模拟信号,利用非均匀采样器NUS进行分级量化采样,将分级量化采样后的离散信号作为压缩感知待重构信号值;
(1b)将512个连续的压缩感知待重构信号值,作为一次压缩感知信号重构时的512×1维的压缩感知待重构信号向量;
(1c)对压缩感知信号重构时接收到的信号值进行缓存,缓存的信号值作为下一次信号重构的压缩感知待重构信号向量的元素;
(2)存储非均匀采样器NUS的固有参数:
(2a)均分非均匀采样器NUS的固有参数中的最大输入电平值到最小输入电平值的输入电平值,均分的份数与分级量化采样时的总级数相等,得到每一级分级量化采样前的信号值范围,将非均匀采样器NUS的固定参数最小输入电平值存储到现场可编程门阵列FPGA中的只读存储器ROM中;
(2b)将所有的分级量化采样前的信号值范围的上界值,按照从小到大排序,将排序结果存储到现场可编程门阵列FPGA中的只读存储器ROM中的最小输入电平值之后;
(2c)将4096×1维的非均匀采样器NUS的固有参数二进制观测向量,存储到现场可编程门阵列FPGA中的只读存储器ROM中;
(3)计算近似梯度下降向量:
(3a)将压缩感知待重构信号向量的元素值,作为下界值的读地址,将从存储分级量化前信号值范围的只读存储器ROM中读取的值,作为压缩感知待重构信号向量元素值对应的分级量化前的信号值范围的下界值;
(3b)将压缩感知待重构信号向量的元素值加1之后的值,作为上界值的读地址,将从存储分级量化前信号值范围的只读存储器ROM中读取的值,作为压缩感知待重构信号向量元素值对应的分级量化前的信号值范围的上界值;
(3c)对初始为0向量的压缩感知待重构信号中间重构结果向量,进行快速傅里叶逆变换IFFT操作,得到4096×1维的压缩感知待重构信号中间重构结果的时域信号向量;
(3d)按照存储地址从小到大,依次读取观测向量的二进制元素,将每次读取的观测向量元素与之前所有读取到的观测向量元素的和相加,得到每个向量元素对应的累加值,同时记录观测向量的每个非0元素在观测向量中的序号;
(3e)将每次读取出的二进制观测向量元素值与压缩感知待重构信号中间重构结果的时域信号向量对应位数的元素进行逻辑与运算,得到4096×1维的重构信号观测向量;
(3f)利用近似梯度下降值公式,计算观测向量中非0元素对应的重构信号观测向量元素的近似梯度下降值;
(3g)将观测向量中0元素对应的重构信号观测向量元素的梯度下降值置0;
(3h)将重构信号观测向量元素的梯度下降值,与其对应的观测向量元素的序号按照从小到大排序,得到4096×1维的近似梯度下降向量;
(4)计算压缩感知信号重构过程的重构阈值向量:
(4a)对4096×1维的近似梯度下降向量,进行快速傅里叶变换FFT,得到4096×1维的频域梯度下降向量;
(4b)将频域梯度下降向量乘以0.25,得到收缩后的频域梯度下降向量;
(4c)将压缩感知待重构信号中间重构结果向量减去收缩后的频域梯度下降向量,得到收缩前的重构阈值向量;
(4d)按照近似重构阈值向量公式,计算压缩感知待重构信号的重构阈值向量;
(5)获得压缩感知待重构信号中间重构结果向量:
(5a)按照权重参数公式,计算压缩感知待重构信号的权重参数;
(5b)按照中间重构结果向量公式,计算压缩感知待重构信号中间重构结果向量;
(6)判断压缩感知待重构信号中间重构结果向量是否满足工程精度要求,若是,则执行步骤(7),否则,将迭代次数k加1后执行步骤(3);
(7)输出压缩感知待重构信号的重构结果:
(7a)得到压缩感知待重构信号的频域重构结果,将该结果通过现场可编程门阵列FPGA的可编程输入输出单元I/OB输出;
(7b)对压缩感知待重构信号的频域重构结果,进行快速傅里叶逆变换IFFT,得到压缩感知待重构信号的时域重构结果,将时域重构结果通过现场可编程门阵列FPGA的可编程输入输出单元I/OB输出。
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