Tên luận án:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MA TRẬN VÀ CẢI TIẾN THUẬT TOÁN KHÔI PHỤC TÍN HIỆU ĐƯỢC LẤY MẪU NÉN
Ngành:
Kỹ thuật điện tử (Mã số: 9.52.02.03)
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án "Nghiên cứu thiết kế ma trận và cải tiến thuật toán khôi phục tín hiệu được lấy mẫu nén" tập trung giải quyết thách thức về tốc độ lấy mẫu tín hiệu cao theo định lý Nyquist-Shannon, vốn tạo ra lượng dữ liệu lớn cần nén. Lấy mẫu nén (Compressed Sensing - CS) được xác định là giải pháp tiềm năng, với trọng tâm nghiên cứu là thiết kế ma trận lấy mẫu hiệu quả và phát triển thuật toán khôi phục tín hiệu.
Mục tiêu chính của luận án là đề xuất một mô hình lấy mẫu nén bao gồm ma trận lấy mẫu xác định (BPNSM) và thuật toán khôi phục tín hiệu cải tiến (DRMP). Luận án hướng tới việc thiết kế ma trận BPNSM thỏa mãn tiêu chí giới hạn đẳng trị (RIP), đảm bảo tính bảo mật cao cho tín hiệu và khả thi triển khai trên các hệ thống điện tử số. Đồng thời, cải tiến thuật toán khôi phục nhằm nâng cao độ chính xác và đáp ứng yêu cầu về thời gian tính toán, cùng với việc xây dựng công cụ phần mềm để đánh giá hiệu năng mô hình thông qua mô phỏng.
Các đóng góp khoa học chính bao gồm việc đề xuất phương pháp xây dựng ma trận lấy mẫu nén BPNSM dựa trên chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên phi tuyến, giúp tăng cường bảo mật và tốc độ thực hiện trên phần cứng, đồng thời giảm yêu cầu lưu trữ. Luận án cũng đề xuất thuật toán cải tiến DRMP, vốn cải thiện thuật toán Matching Pursuit (MP) gốc bằng cách đơn giản hóa các bước tính toán, giảm độ phức tạp và lỗi khôi phục sau mỗi bước lặp khi ma trận đầu vào thỏa mãn điều kiện RIP. Hiệu năng của mô hình đề xuất (kết hợp BPNSM và DRMP) được kiểm chứng thông qua mô phỏng với tín hiệu vô tuyến từ Flycam và ảnh đa cấp xám từ hệ thống camera giám sát, chứng minh tính khả thi và hiệu quả của mô hình.
Mục lục chi tiết:
- CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LẤY MẪU NÉN
- 1.1. Mô hình lấy mẫu nén
- 1.1.1. Tín hiệu thưa
- 1.1.2. Ma trận lấy mẫu nén
- 1.1.3. Thuật toán khôi phục
- 1.2. Hiệu năng của mô hình lấy mẫu nén
- 1.3. Các công trình nghiên cứu liên quan
- 1.3.1. Các nghiên cứu về thiết kế ma trận xác định
- 1.3.2. Các nghiên cứu về thuật toán tham lam
- 1.4. Nhận xét các công trình nghiên cứu liên quan và hướng nghiên cứu của luận án
- 1.4.1. Nhận xét về công trình nghiên cứu liên quan
- 1.4.2. Hướng nghiên cứu của luận án
- 1.5. Tổng kết chương
- CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MA TRẬN LẤY MẪU NÉN XÁC ĐỊNH
- 2.1. Mở đầu
- 2.2. Tiêu chí thiết kế ma trận lấy mẫu nén
- 2.3. Thiết kế ma trận lấy mẫu nén
- 2.4. Lý thuyết trường hữu hạn
- 2.4.1. Cấu trúc GF(pⁿ)
- 2.4.2. Thanh ghi dịch phản hồi tuyến tính
- 2.4.3. Biến đổi D
- 2.4.4. Hàm Vết
- 2.5. Chuỗi trải phổ PN phi tuyến lồng ghép
- 2.5.1. Phân hoạch chuỗi lớn
- 2.5.2. Đánh giá chuỗi PN giả ngẫu nhiên lồng ghép phi tuyến
- a. Hàm tự tương quan của chuỗi phi tuyến
- b. Độ phức tạp của chuỗi phi tuyến
- 2.6. Xây dựng ma trận xác định BPNSM
- 2.7. Tính chất không kết hợp của ma trận BPNSM
- 2.8. So sánh đánh giá ma trận BPNSM
- 2.9. Thực hiện ma trận lấy mẫu nén trên phần cứng
- 2.10. Tổng kết chương
- CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT THUẬT TOÁN KHÔI PHỤC TÍN HIỆU ĐƯỢC LẤY MẪU NÉN DRMP
- 3.1. Chỉ tiêu đánh giá thuật toán khôi phục
- 3.2. Các thuật toán lặp lại tham lam
- 3.2.1. Thuật toán đuổi khớp - MP
- 3.2.2. Thuật toán đuổi khớp trực giao - OMP
- 3.2.3. Thuật toán lấy mẫu nén đuổi khớp - CoSaMP
- 3.3. Thuật toán cải tiến DRMP
- 3.3.1. Xây dựng thuật toán DRMP
- 3.3.2. Hiệu năng của thuật toán DRMP
- 3.4. Tổng kết chương
- CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH LẤY MẪU NÉN
- 4.1. Mở đầu
- 4.2. Mô phỏng đánh giá mô hình với tín hiệu 1 chiều
- 4.2.1. Ma trận lấy mẫu tín hiệu 1 chiều
- 4.2.2. Khôi phục tín hiệu 1 chiều
- 4.3. Mô phỏng đánh giá mô hình với tín hiệu 2 chiều
- 4.3.1. Ma trận lấy mẫu ảnh số
- 4.3.2. Khôi phục lại ảnh gốc
- 4.4. Ứng dụng mô hình lấy mẫu nén đề xuất
- 4.4.1. Ứng dụng trong cảm nhận phổ băng rộng
- 4.4.2. Ứng dụng lấy mẫu nén ảnh số
- 4.5. Tổng kết chương
- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ