一种基于ASMP阈值最优和低通滤波的海水温度场重构算法制造技术

本发明专利技术为一种基于ASMP阈值最优和低通滤波的海水温度场重构算法，在观测区域内进行随机采样，得到采样值后，将温度数据转化为一维列信号的形式，并对温度场进行重构，过程如下：首先进行ASMP算法的初始化并运行ASMP算法，确定细化阈值搜索步骤中的起始阈值，在细化阈值搜索步骤中，运行ASMP算法确定最优输入阈值，将得到的最优阈值作为ASMP算法的输入量，再次运行ASMP算法得到稀疏估计，对稀疏估计进行低通滤波处理，并将一维温度信号还原为二维分布的形式，即可得到温度场的二维分布。本发明专利技术改进了ASMP重构算法，通过搜索最优输入阈值，使温度场信号稀疏度的估计更精确；根据温度场信号的特性，对稀疏估计进行低通滤波处理，进一步提高了海洋温度场的重构精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ASMP阈值最优和低通滤波的海水温度场重构算法
本专利技术属于压缩感知重构
，具体涉及一种基于ASMP阈值最优和低通滤波的海水温度场重构算法。
技术介绍
海洋温度数据的获取一般采用实测方式，但是海洋所处的环境非常特殊，使得实测成本较高，同时，海水温度波动大，周期性和非周期性并存，实测所能得到的采样数据不具有连续性且数量有限。因此，一般情况下，海洋观测只能获得少量离散的海水温度数据，为了实现海水温度场的连续表达，必须对观测数据进行海水温度场的重构。以往的海洋温度场重构一般选择插值算法，这种方法计算量大且复杂，精确度不高且耗时耗力，通常需要大量的观测值才能够精确地重构。而压缩感知作为一种新兴的理论，其优势在于能够利用较少的采样点，较为精确地重构出原始信号，在节省资源的同时，也提高了重构精度。传统的信息采样是基于香农采样定理，它指出信号的采样率不低于最高频率的两倍，信号才能被精确的重构。该理论支配着几乎所有信号的获取、处理、存储和传输。一方面，在许多实际应用中，如超宽带通信，核磁共振，空间探测，高速AD转换器等，信息在存储和处理时，为达到采样率而需要大量的采样数据，从而导致采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ASMP阈值最优和低通滤波的海水温度场重构算法，包括如下步骤：(1)对获取的温度数据进行稀疏变换；(2)进行ASMP算法的初始化，并运行ASMP算法：确定阈值搜索范围为tmin～tmax，将阈值t作为ASMP算法的输入参数，利用ASMP算法对目标信号重构；(3)确定细化阈值搜索步骤中的起始阈值：每次迭代ASMP算法输出稀疏估计x，记x的后1/2的元素的非零元素个数为p，迭代过程中搜索p的最小值并记为pmin；记录第一次达到pmin对应的ASMP算法输入阈值tminp，作为细化最优阈值搜索步骤中的起始阈值；重复(3)直到达到迭代数目nfirst_loop，其中nfirst_loop是...

【技术特征摘要】
1.一种基于ASMP阈值最优和低通滤波的海水温度场重构算法，包括如下步骤：(1)对获取的温度数据进行稀疏变换；(2)进行ASMP算法的初始化，并运行ASMP算法：确定阈值搜索范围为tmin～tmax，将阈值t作为ASMP算法的输入参数，利用ASMP算法对目标信号重构；(3)确定细化阈值搜索步骤中的起始阈值：每次迭代ASMP算法输出稀疏估计x，记x的后1/2的元素的非零元素个数为p，迭代过程中搜索p的最小值并记为pmin；记录第一次达到pmin对应的ASMP算法输入阈值tminp，作为细化最优阈值搜索步骤中的起始阈值；重复(3)直到达到迭代数目nfirst_loop，其中nfirst_loop是(2)设置的迭代次数；(4)运行ASMP算法进行细化阈值的搜索，并确定最优阈值；(5)将最优阈值作为输入量，运行ASMP算法得到稀疏估计：将(4)中得到的最优阈值tbest作为ASMP算法的输入参数，输出的稀疏估计记为xbest＝[x1,x2,…，xn]；(6)对稀疏估计进行移动平均滤波处理：引入移动平均滤波器，对输出的稀疏估计进行低通滤波，滤除高频信号，默认窗宽为5,得到去噪后的信号，记为x'best＝[x′1,x′2,…，x′n]；(8)重构温度场分布。2.根据权利要求1所述的一种基于ASMP阈值最优和低通滤波的海水温度场重构算法，其特征在于，所述的步骤(1)具体包括：f是获取的温度数据排列成的可稀疏的一维信号，其中f＝Ψx,x∈Rn，Ψ＝[ψ1,ψ2,K,ψn]∈Rn×n是标准正交基，x是信号f在稀疏基Ψ上的投影；所述的稀疏变换的Ψ采用DCT基，DCT基形式如下：其中，Cn是DCT基，n是信号f的维度；Φ＝[φ1,φ2,K,φn]是在Rn域上的另一个标准正交基，为n×n阶单位矩；y1,y2,Kym是信号f在观测阵Φ∈Rn下的观测值yi＝<f,φi>；将采样位置点编码进m×n阶的矩阵R中，与单位阵Φ相乘，得到由观测值组成的向量y＝RΦf。3.根据权利要求1所述的一种基于ASMP阈值最优和低通滤波的海水温度场重构算法，其特征在于，所述的步骤(2)具体包括：根据ASMP重构算法阈值的经验值设置tmin＝0.5，tmax＝2.5，初始化阈值t＝tmin；迭代次数nfirst_loop设置为100次，每次迭代阈值t以(tmax-tmin)/nfirst_loop幅度递增；(2.1)进行外循环初始化，设定稀疏估计和残差余量：设定稀疏估计x＝0，残差余量r＝y；(2.2)计算内积，更新外循环索引集：内积表示为v＝ΦTr，将内积v中绝对值比大的原子的位置加到外循环支撑集中，记作Ω，其中，稀疏度估计为s；(2.3)进行内循环初始化,设定残差余量、稀疏估计以及内循环计数器k：设定残差余量和稀疏估计r(0)＝r，x(0)＝x，其中，循环迭代计数器为k＝1，每进行一次迭代，k的值增加1；(2.4)计算内积，更新内循环索引集：内积...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘厂，周诗楠，高峰，赵玉新，雷宇宁，靳光强，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23