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申请/专利权人：电子科技大学

摘要：本发明公开了一种基于FPGA中ROM资源的任意分布噪声实时合成方法，上位机端基于弱化的GMM，使用EM算法，对给定的待拟合分布函数进行拟合，均值以及方差并下发到FPGA端并用RAM存储。在FPGA端，将混沌模型作为数字熵源，输出均匀分布随机序列rn，将其分为两部分作为地址分别对ROM1、ROM2进行寻址，得到的函数值相乘，得到服从标准高斯分布的随机序列xn，读取指定分布对应的均值以及方差合成第k路高斯噪声幅度限制、归一化处理后送入DAC进行数模转换，得到的模拟信号放大Amax‑Amin倍，再设置偏置电压为Amin，得到服从指定分布的噪声。本发明直接对随机序列进行变换处理，随机性不受影响。同时，需要重新指定分布噪声时，选择RAM中的一组相应的K对任意高斯分布合成模型的均值以及方差即可，配置灵活且配置参数少。

主权项：1.一种基于FPGA中ROM资源的任意分布噪声实时合成方法，其特征在于，包括以下步骤：1、在上位机端获取H组K对均值以及方差1.1、将任意指定分布随机数的分布函数作为待拟合的分布函数fx，并根据分布函数fx，得到N个观测数据yj＝fxj，j＝1,2,…,N，xj为分布函数fx取值范围均匀取值的数；1.2、初始化K组均值以及方差初始化迭代次数i＝0；令待拟合噪声的幅度区间为[Amin，Amax]，则有K组高斯模型的初值分布设置如下： 1.3、计算第i次迭代下第j个观测数据yj来自第k个任意高斯分布合成模型的概率 其中，为均值方差构成的高斯分布密度函数在y＝yj时的高斯分布密度值，概率为第k个任意高斯分布合成模型对第j个观测数据yj的响应度；1.4、计算第i+1次迭代的均值方差 1.5、判断是否小余设定的阈值ε1，是否小于设定的阈值ε2，如果都小于，或者迭代次数达到设定的上限，则终止迭代，得到的均值方差分别作为K对任意高斯分布合成模型的均值μk以及方差σk，k＝1,2,…,K；更换任意指定分布随机数的分布函数，重复步骤1.1～1.5，得到H组每组K对任意高斯分布合成模型的均值μk以及方差σk，对于第h组第k对，记为均值以及方差其中，h＝1,2,…,H,k＝1,2,…,K，并下发到FPGA端；2、在FPGA端输出任意指定分布噪声2.1、在FPGA端，首先用ROM1、ROM2存储计算box-muller变换所需的函数值：ROM1用于存储cos2πu1或sin2πu1对应的函数值，ROM1的地址位宽为N1位，数据位宽为64位，数据类型为双精度浮点数，其中，u1为： 其中，b1为地址；ROM2用于存储对应的函数值，ROM2的地址位宽为N2位，数据位宽为64位，数据类型为双精度浮点数，其中，u2为： 其中，b2为地址；然后，用RAM存储H组K对从上位机端获取的任意高斯分布合成模型的均值以及方差RAM的存储深度即H×K，同时缓存H组不同的混合高斯模型参数即任意高斯分布合成模型的均值μk以及方差σk，k＝1,2,…,K，用于不同的任意指定分布噪声产生，RAM的数据位宽为128位，每个数据由一个均值以及方差构成，各占64位；2.2、第k路高斯噪声的合成首先，用混沌模型作为数字熵源，输出N1+N2位服从均匀分布随机序列，第n个随机数为rn，其中，n表示数据点序号，将高N1位作为地址b1对ROM1进行寻址，得到cos2πu1或sin2πu1的函数值，低N1位作为地址b2对ROM2进行寻址，得到的函数值，ROM1的地址b1的位宽N1和ROM2的地址b2的位宽N2应满足约束条件： 将得到cos2πu1或sin2πu1的函数值与得到的函数值相乘，得到服从标准高斯分布的随机序列，记为xn；然后，依次读取需要生成指定分布噪声RAM中对应的第h组高斯混合模型参数即均值以及方差进行数字合成，其中，第k路高斯噪声为： 其中，乘法和加法运算使用Floating-pointIP核实现；2.3、幅度限制对第k路高斯噪声进行幅度限制： 其中，2.4、归一化对第k路高斯噪声进行归一化，得到第k路高斯噪声 其中，参数： 由上位机端在线发送参数，格式为双精度浮点数；根据DAC位数N，将第k路高斯噪声转为定点数；3、噪声输出DAC为1路输入、1路输出，K路高斯噪声依次输入DAC，得到的模拟信号放大Amax-Amin倍，再设置偏置电压为Amin，得到输出模拟信号幅度区间为[Amin，Amax]的噪声；当数字熵源输出下一个随机数rn+1，重复步骤2.2～步骤3，这样得到服从指定分布的噪声。

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