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自适应权重的gpsr压缩感知重构算法

浙江大学学报（理学版） 2018年第2期45卷 158-163页

作者：李昕艺刘三阳张朝辉西安电子科技大学数学与统计学院陕西西安710126

在压缩感知信号重构的过程中,为使投影梯度稀疏重构算法(gpsr)在保持低复杂度的同时,能有效提高重构性能,引入了自适应思想,给重构模型添加具有惩罚意义的权重系数,以寻找算法复杂度和精度之间的最佳平衡点;根据解的收敛进程不断调整权... 详细信息

在压缩感知信号重构的过程中,为使投影梯度稀疏重构算法(gpsr)在保持低复杂度的同时,能有效提高重构性能,引入了自适应思想,给重构模型添加具有惩罚意义的权重系数,以寻找算法复杂度和精度之间的最佳平衡点;根据解的收敛进程不断调整权重值,以加速收敛.仿真实验表明:在相同条件下,该算法的计算效率优于传统的gpsr算法和典型的OMP算法,能在较短的运行时间内大幅度提高重构精度.

关键词：压缩感知重构算法 gpsr算法自适应思想

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压缩感知在电容层析成像中的应用

北京航空航天大学学报 2017年第11期43卷 2316-2321页

作者：张立峰华北电力大学自动化系保定071003

压缩感知(CS)理论是在充分利用信号稀疏性或可压缩性的情况下,对信号进行少量采样即可实现信号的精确重建。本文尝试将CS理论应用于电容层析成像(ECT)图像重建中,首先,使用快速傅里叶变换(FFT)基将原始图像灰度信号进行稀疏化处理;其次,... 详细信息

压缩感知(CS)理论是在充分利用信号稀疏性或可压缩性的情况下,对信号进行少量采样即可实现信号的精确重建。本文尝试将CS理论应用于电容层析成像(ECT)图像重建中,首先,使用快速傅里叶变换(FFT)基将原始图像灰度信号进行稀疏化处理;其次,将ECT灵敏度矩阵的各行按随机顺序进行排列,得到ECT系统随机观测矩阵;最后,选取当前普遍使用的基于内点法、梯度投影(gpsr)算法以及贪婪算法的CS图像重建算法进行ECT图像重建,并与线性反投影及Landweber迭代算法进行了对比。仿真实验结果表明:基于CS图像理论的ECT图像重建算法,其重建精度有所提高。本文同时分析了3种CS图像重建算法的优缺点及适用范围。

关键词：电容层析成像(ECT) 图像重建压缩感知(CS) 内点法 gpsr算法贪婪算法

基于压缩感知的高分辨率ISAR成像算法研究

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基于压缩感知的高分辨率ISAR成像算法研究

作者：史润佳东南大学

学位级别：硕士

逆合成孔径雷达（ISAR,Inverse Synthetic Aperture Radar）成像在对飞机、导弹等非合作运动目标的勘测方面得到广泛的应用,因此ISAR成像的高分辨率在非合作运动目标的识别与特征提取方面至关重要。传统ISAR成像方法受Nyquist采样定理... 详细信息

逆合成孔径雷达（ISAR,Inverse Synthetic Aperture Radar）成像在对飞机、导弹等非合作运动目标的勘测方面得到广泛的应用,因此ISAR成像的高分辨率在非合作运动目标的识别与特征提取方面至关重要。传统ISAR成像方法受Nyquist采样定理的限制,有着采样率高、数据量大等问题。由于雷达目标散射点稀疏分布的特性,可将压缩感知（CS,Compress Sensing）理论应用于ISAR成像,降低了数据采集的难度。本文将CS理论与高分辨率ISAR成像技术相结合,重点对CS理论中二维平滑最小l范数算法（2D SL0,Two Dimension Minimum Smooth l Norm）、梯度投影重构算法（gpsr,Gradient Projection Sparse Reconstruction）以及正交匹配追踪算法（OMP,Orthogonal Matching Pursuit）三类参数重构算法进行了研究,并结合ISAR成像特性对三种算法进行了改进,有效地提高了算法的性能。主要工作分为如下三点:在2D SL0算法成像模型的基础上,针对2D SL0算法迭代收敛机制僵化的问题,提出一种二维阈值的SL0快速算法用于ISAR成像。该算法包括内外两层循环迭代,为减少无效迭代,引入了迭代效率指标来评定内循环迭代的有效性,若迭代效率指标高于阈值,说明参数的估计值能得到优化,该轮内循环继续进行;反之说明参数估计值在本轮内循环里已经收敛,则提前进入下一轮外循环。在常规gpsr算法ISAR成像模型基础上,针对该算法运算量大、成像速度慢的问题,将自适应思想与gpsr算法相结合,提出一种自适应权重的gpsr算法应用于高分辨率ISAR成像。为加快收敛,该算法给ISAR图像里的每个像素点添加具有惩罚意义的权重系数,并在梯度下降迭代过程中不断更新权重,促使小的散射系数快速收敛为零,大的散射系数保持不变,加快了目标函数的收敛速度。本文对OMP算法ISAR成像模型进行了研究,常规OMP算法在选择相关性最大原子时,数据的每个条目分配相同的权重,在存在较大的噪声时,原子的选择可能发生错误,从而导致算法的性能降低。本文提出了一种基于相关熵诱导度量（CIM,Correntropy Induced Metric）加权的OMP算法,并将其应用到ISAR成像中,利用CIM的稳健性,为干净的数据条目分配较大的权重,而对严重损坏的条目分配较小的权重,提升了算法在ISAR成像中的鲁棒性。

关键词： ISAR 压缩感知 SL0算法 gpsr算法 OMP算法

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基于压缩感知的单像素成像方法研究与实现

基于压缩感知的单像素成像方法研究与实现

作者：童振东北大学

学位级别：硕士

人们对于高分辨技术的追求总是制造更大分辨率的阵列传感器,然而来自Rice大学的优秀的研究人员却另辟蹊径。基于压缩感知的单像素相机可以有效地避免制造更大分辨率的传感器阵列,转而制造更大分辨率的DMD数字微镜,而制造大分辨率的数值... 详细信息

人们对于高分辨技术的追求总是制造更大分辨率的阵列传感器,然而来自Rice大学的优秀的研究人员却另辟蹊径。基于压缩感知的单像素相机可以有效地避免制造更大分辨率的传感器阵列,转而制造更大分辨率的DMD数字微镜,而制造大分辨率的数值微镜的成本要比制造阵列传感器的。相比普通相机,单像素相机具备易于实现多光谱,成像无需压缩,这让单像素相机的发展备受瞩目,这也是未来数码相机发展的主流方向。但是现在的单像素相机面临的两个主要问题依然没有解决,即:成像速度慢,分辨率低。在结合了国内外的研究成果的基础上,本文对于应用于单像素相机的相关算法做了深入细致的研究,本文主要完成了以下几个方面的工作。首先系统地介绍了压缩感知理论,其中着重介绍了在单像素相机应用的主要内容:各个测量矩阵的构造方法和使用效果,简要介绍了重构算法的基本分类。其次,本文提出了基于优化光路设计的被动式单像素相机的改进思路,设计了接收光采集装置和反射光采集装置,利用接收光和反射光进行光强补。然后设计了背景光滤除装置,用以消除光强噪声的干扰。实验结果表明,经过了改进的被动式单像素相机能够明显改善成像质量,有效地滤出噪声干扰。最后我们也改进了主动式单像素相机的测量矩阵投射模块,把原来的单纯的投影仪组成的测量矩阵投射模块,改进为由DMD模块加恒稳光源的光路。经实验表明,相比于原系统,改进后的主动式单像素系统能够有效地调节距离,增强对比度,也能有效地滤出环境光的干扰。另外,本文将分块算法引入到三种常用的重构算法中,即:分块TVAL3,分块OMP算法和分块gpsr算法,然后本文在仿真平台和单像素相机的平台上完成了对比性实验。实验结果表明:在低采样率的情况下,分块TVAL3算法能够有着较好的重构精度和较短的重构时间;分块gpsr算法重构精度较差,重构时间也较长;分块OMP算法并不是一种稳定有效的算法,重构效果不稳定重构失败都有可能。在较高的采样率的情况下,分块TVAL3算法虽然仍然有较高的重构精度,但是其运行时间会明显增加;分块gpsr算法在采样率较高的情况下重构精度会大大改善,运行时间增加较少,是一种比较理想的分块算法;分块OMP算法重构精度和重构时间都不稳定。最后在本文中,我提出了自己的改进算法—BASGP算法。该算法结合了分块和自适应步长算法的思想,能够以较快的速度收敛,仿真的实验结果表明,在针对256*256分辨率的单像素相机成像上,相比于原来的gpsr算法,BASGP算法能够加快收敛速度,同时也有着比不错的重构精度。BASGP算法的缺点在于需要的采样次数较多,分块不能太小。但是相比于分块OMP算法和分块TVAL3算法,BASGP算法的在重构速度上有着明显的优势。

关键词：单像素相机 BASGP算法 gpsr算法压缩感知 TVAL3算法

车载自组织网络基于交通场景下路由协议算法的研究

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车载自组织网络基于交通场景下路由协议算法的研究

作者：杨青兰州理工大学

学位级别：硕士

车载自组织网络VANET(Vehicular Ad Hoc Networks)作为智能交通系统很重要移动通信平台,在提升交通效率,车辆辅助驾驶,事故预警以及车载娱乐等方面扮演重要角色。车载自组织网络是一种应用在车辆间通信的特殊的移动自组织网络,有着MANE... 详细信息

车载自组织网络VANET(Vehicular Ad Hoc Networks)作为智能交通系统很重要移动通信平台,在提升交通效率,车辆辅助驾驶,事故预警以及车载娱乐等方面扮演重要角色。车载自组织网络是一种应用在车辆间通信的特殊的移动自组织网络,有着MANET的共性但也存在很多限制因素,如节点速率更快,网络拓扑结构改变更加频繁,网络状况容易受交通状况,空间制约等,严重影响数据分组正常的传输效率,导致原有的Internet协议无法直接在VANET中发挥应有的作用。因此,如何实现适应于车载网络的快速动态高效的路由协议成为研究的重点。本文首先阐述了Ad Hoc技术,VANET的体系结构、特点及应用。并对提出一些具有代表性的路由协议性能机理和性能进行了分类和比较。为了模拟路由协议性能在较为真实的城市交通场景中的影响情况,对现有的节点运动模型进行分析,由于考虑到城市交通场景下车辆运动不可避免的受车流速度,道路结构,十字路口,交通灯等因素影响。通过为节点引入优化的智能驾驶模型IDM特性,并结合提取市区卫星地图下的道路拓扑结构,来反应现实中城市交通场景下车辆节点运行情况,并在实验的基础上对比评估了不同车流移动速度,不同节点移动模型下的交通场景对网络协议性能的影响。分析认为引入优化的智能驾驶模型特性,来反应城市交通环境下车辆节点的运动更具真实性。针对gpsr在网络拓扑变化频繁VANET中具有更好自适性,本文对gpsr工作机制及缺陷进行分析基础上,提出改进策略。由于gpsr是基于节点的位置进行数据转发,而实际中节点的位置信息快速改变会给数据的成功转发带来严重影响。本文首先对贪婪算法的下一跳邻居节点选择引入判断机制,主要通过引用节点的移动速度,方向,距离参数对下一跳节点的选择进行判别,从而提高通信链路的可靠性性。由于在gpsr协议中通过位置服务获取的目的节点位置信息与实际中目的节点位置存在差别,有可能导致数据分组无法准确送达目的地,为此本文增加了目的节点的期望域。根据估计的区域将目的节点锁定在该范围内,当节点检测到自身邻居列表中含有目的节点编号时,并不立即转发数据至目的节点,而是要做一个判别,该节点是否满足其一跳范围完全覆盖目的节点的期望域时才可选择以此节点作为转发至目的节点,从而保证目的节点能够收到源节点数据信息,提高数据通信的准确性。仿真结果表明改进的gpsr协议算法在数据包投递率性能方面优于原gpsr算法。

关键词：车载自组织网络路由协议 gpsr算法交通场景 NS2

移动自组织网中基于两跳节点信息的地理路由算法研究

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移动自组织网中基于两跳节点信息的地理路由算法研究

作者：赵杰西安电子科技大学

学位级别：硕士

移动自组织网是一种多跳的、无中心的、自组织的无线网络。在网络中不存在固定的基础设施,每个网络节点都是可以自由移动的,动态地与网络中其余节点保持联系,该网络具有拓扑动态变化、节点高速移动、信道带宽低、终端能力有限等特点。... 详细信息

移动自组织网是一种多跳的、无中心的、自组织的无线网络。在网络中不存在固定的基础设施,每个网络节点都是可以自由移动的,动态地与网络中其余节点保持联系,该网络具有拓扑动态变化、节点高速移动、信道带宽低、终端能力有限等特点。移动自组织网的网络形式打破了传统网络在地理上的局限性,可以快速、便捷、高效地部署,适用于一些紧急场合的通信需要,如军事应用、传感器网络、紧急和突发场合、偏远野外地区、临时场合等。正因为该网络有如此特点并且具有丰富的应用场景,所以该网络存在很多研究点,网络层的路由设计就是一个很重要的研究热点。在进行移动自组织网的路由协议设计时,需要考虑其网络特点,不能直接使用有线网络中现有的路由协议。针对移动自组织网的路由协议的设计机制不同可以将其分为两大类:一类是基于拓扑结构的路由算法,另一类是基于地理位置的路由算法。按照经典的地理位置路由算法gpsr算法（Greedy Perimeter Stateless Routing）进行路由的时候,出现空洞的可能性较大;且离目标最近的点不一定是最优的转发节点,因为离目标越近说明离源节点越远,此时链路比较长。对于无线链路来讲,链路越长出错的概率会增加,并且消耗的能量也较多。本文针对gpsr协议中所遇到的空洞绕行问题提出了一种基于两跳节点信息的地理路由算法 GR-BTHNI（Geographical Routing Based on Two-hop Nodes’Information）,该算法在路由过程中借助两跳节点的位置信息进行设计,利用源节点、目的节点、转发节点的角度最小结合转发节点正向畅通两个条件,尽可能减少了遇到路由空洞的绕行策略,使得数据包沿着更畅通的路径向目的节点传输。文中利用NS2软件,仿真对比了 DSR、gpsr以及所设计的GR-BTHNI协议在不同场景下的路由性能,得出GR-BTHNI协议在牺牲一定的路由开销的情况下,换取了较低的时延和较高的分组投递率。最后,对gpsr、Greedy-2算法、GR-BTHNI算法在不同节点度和不同网络空洞个数情况下分别进行了仿真和性能分析,证明了所设计的GR-BTHNI算法性能上的优势。

关键词：移动自组织网路由设计 gpsr算法 GR-BTHNI算法路由空洞