[發明專利]基于耦合MEMS諧振器的儲備池計算硬件的實現方法及裝置

有效

• 申請號: 202011069927.2
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112163358B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 鄒旭東;孫杰;楊伍昊;鄭天依;熊興崟;汪政;李志天
• 申請（專利權）人: 中國科學院空天信息創新研究院
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/27;G06F17/12;G06F111/10
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

1.一種基于耦合MEMS諧振器的儲備池計算硬件的實現方法，其特征在于，包括：

對待測時序信號進行預處理，以使所述待測時序信號中各時刻對應的待測信號與所述耦合MEMS諧振器的虛擬節點維度一一對應；

設計所述耦合MEMS諧振器的非線性振動方程：

其中，m為諧振器等效質量；γ為阻尼比，由包括系統的品質因數的參數決定；k為線性機械剛度系數，由耦合MEMS諧振器的材料和尺寸決定；k₃為非線性機械剛度系數；k_c為線性耦合剛度系數；k_c3為非線性耦合剛度系數；F為驅動信號幅值，ω為耦合MEMS諧振器的本征諧振頻率，x為振幅，x₁為雙端固支梁諧振器一端支梁的振幅，x₂為雙端固支梁諧振器另一端支梁的振幅，為對振幅求一階導數，為對振幅求二階導數；

根據所述非線性振動方程將所述耦合MEMS諧振器調控至預設非線性工作點，實現對所述待測時序信號的非線性響應；

分別對所述MEMS耦合諧振器的兩個信號測試端進行檢測，得到各時刻對應的待測信號對應的第一輸出信號及第二輸出信號，其中，對于當前時刻對應的待測信號，通過雙向時延反饋方式將當前時刻對應的待測信號對應的第一輸出信號及第二輸出信號反饋至下一時刻對應的待測信號對應的虛擬節點；

將預設目標值與各時刻對應的待測信號對應的第一輸出信號及第二輸出信號進行回歸訓練，得到儲備池計算所需的權重系數。

2.根據權利要求1所述的基于耦合MEMS諧振器的儲備池計算硬件的實現方法，其特征在于，所述對待測時序信號進行預處理，包括：

針對于某一時刻對應的待測信號，對該時刻對應的待測信號進行特征提取，得到第一信號；

隨機生成該時刻對應的待測信號的掩碼序列，并與所述第一信號進行乘法運算，得到第二信號；

對所述第二信號進行數字信號到模擬信號的轉換。

3.根據權利要求2所述的基于耦合MEMS諧振器的儲備池計算硬件的實現方法，其特征在于，所述對所述第二信號進行數字信號到模擬信號的轉換之后還包括：

將轉換后的模擬信號與激勵信號進行幅度調制后輸入所述耦合MEMS諧振器。

4.根據權利要求2所述的基于耦合MEMS諧振器的儲備池計算硬件的實現方法，其特征在于，所述分別對所述MEMS耦合諧振器的兩個信號測試端進行檢測，包括：

通過跨組放大器對測試端輸出的電流信號進行一級放大，將電流信號轉化為電壓信號；

對所述電壓信號進行二級放大，將二級放大后的信號輸入帶通濾波器進行特定頻率波形的采集；

對所述特定頻率的波形進行包絡信號的解調；

對解調后的信號進行模擬信號到的數字信號轉換，得到所述第一輸出信號及所述第二輸出信號。

5.根據權利要求1所述的基于耦合MEMS諧振器的儲備池計算硬件的實現方法，其特征在于，所述通過雙向時延反饋方式將當前時刻對應的待測信號對應的第一輸出信號及第二輸出信號反饋至下一時刻對應的待測信號對應的虛擬節點，包括：

將當前時刻對應的待測信號對應的第一輸出信號乘以第一反饋強度值后反饋至下一時刻對應的待測信號對應的虛擬節點；

將當前時刻對應的待測信號對應的第二輸出信號乘以第二反饋強度值后反饋至下一時刻對應的待測信號對應的虛擬節點。

6.根據權利要求1所述的基于耦合MEMS諧振器的儲備池計算硬件的實現方法，其特征在于，所述將預設目標值與各時刻對應的待測信號對應的第一輸出信號及第二輸出信號進行回歸訓練，包括：

采用嶺回歸算法進行訓練，所述嶺回歸算法為：

W＝y′X^T(XX^T+λI)^-1

其中，W為所述權重系數對應的矩陣，X為所述第一輸出信號或第二輸出信號對應的矩陣，X^T為X的轉置矩陣，I為單位矩陣，λ為正則化系數，y′為所述預設目標值對應的目標向量。