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专利号: 202210538029X
申请人: 电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于二值化神经网络的快速推断电磁信号入射角的方法,其特征在于,包括以下步骤:A1、将获取到的电压信号作为输入数据,并对输入数据进行归一化处理;

A2、构建全精度网络模型,所述全精度网络模型宝库N层全连接层与N‑1层激活层,相邻两层全连接层之间包括一层激活层;

A3、对步骤A2的全精度网络模型进行改进,具体的:在每个激活层前添加BN层,同时删去全精度网络模型中的bias偏差,得到改进后的二值化网络模型;

A4、采用步骤A1归一化处理后的数据对步骤A3得到的改进后的二值化网络模型进行重训练;

A5、将训练完成的二值化网络模型参数与二值化网络模型输入数据导出,存储到本地;

A6、配置硬件,具体的:所述硬件包括处理系统端与可编程逻辑端,使用AXI4来进行处理系统端与可编程逻辑端的通信;

A7、可编程逻辑端根据改进后的二值化网络模型结构以及步骤A5存储到本地的参数,并行计算矩阵相乘,并将结果写入输出BRAM中;

A8、处理系统端读取输出BRAM中的结果,并做BN层以及激活层的运算;

A9、重复A7‑A8,直到完成改进后的二值化网络模型所有层的计算,得到最终电磁信号入射角的结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于二值化神经网络的快速推断电磁信号入射角的方法,其特征在于,步骤A4具体包括:A41、前向传播过程中,利用sign()函数将权重进行二值化,并使用二值权重来计算网络的预测结果以及loss,其中sign()公式为:前向传播的基本过程为:

wb=sign(w)

y=Relu(BN(x*wb))

其中w代表权重的全精度值,wb代表二值化后的权重,x代表全连接层的输入,y代表全连接层的输出,BN代表BN层的计算,Relu是激活层的计算;

A42、利用Straight‑Through Estimator算法进行后向传播;

A43、重复步骤A41与A42,直到网络拟合,得到最终的网络模型。

3.根据权利要求2所述的一种基于二值化神经网络的快速推断电磁信号入射角的方法,其特征在于,步骤A41所述BN层的计算,具体为:2

其中,xi为BN层的第i个输入,m为输入的数据量,μ为均值,σ为方差,β为可训练偏差,yi表示BN层的第i个输出。

4.根据权利要求2所述的一种基于二值化神经网络的快速推断电磁信号入射角的方法,其特征在于,步骤A43所述网络模型的损失值小于或等于0.05。

5.根据权利要求4所述的一种基于二值化神经网络的快速推断电磁信号入射角的方法,其特征在于,步骤A43中采用均方误差来计算损失值。

6.根据权利要求2所述的一种基于二值化神经网络的快速推断电磁信号入射角的方法,其特征在于,步骤A42具体为:使用直通估计器根据参数的全精度值来计算梯度,并对参数的全精度值进行更新;同时限制权重的全精度值在[‑1,+1]之间,权重的参数更新公式为:其中,w为权重的全精度值,η代表学习率,loss为损失函数,wb为二值化后的权重,clip函数的用于将计算值限制在正负1之间。

7.根据权利要求2所述的一种基于二值化神经网络的快速推断电磁信号入射角的方法,其特征在于,步骤A5具体包括6个BRAM与1个.h文件,6个BRAM包括1个输入BRAM,4个权重BRAM以及1个输出BRAM;输入BRAM用于存储输入数据,4个权重BRAM用于存储权重参数,输出BRAM用于存储输出数据,.h文件用于存储BN层的数据。