一种基于FPGA的深度神经网络硬件加速器系统

深度神经网络目标检测算法计算复杂度高、模型复杂,对硬件平台的算力有很高需求,针对以上问题,设计了一种基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)芯片的硬件专用加速器.通过软硬件协同方法,设计具有高并行度及深度流水的片上架构,并使用模型量化、结构优化等方法对神经网络模型进行优化.在所设计的加速器系统中进行神经网络目标检测算法的部署,实现了高数据吞吐率、低功率消耗的FPGA神经网络计算,且模型精度损失低于1.2%,为在低能耗嵌入式平台上部署深度神经网络目标检测算法提供了有效解决方案,可广泛应用于机载、星载智能计算设备.

改进粒子滤波算法在深空红外小目标跟踪中的应用

非负矩阵分解具有较好的特征提取性能,广泛应用于数据融合领域,而粒子滤波则是一种处理非线性和非高斯动态系统状态估计的有效方法.该文结合两种算法的优点,提出了一种基于改进粒子滤波的红外小目标跟踪算法.利用NMF融合当前与之前的粒子分布权重,减小经典粒子滤波退化发散带来的精度误差.避免了目标遮挡及暂时消失带来的跟踪错误.仿真实验证明本文算法相对于经典粒子滤波,具有更好的跟踪精度和稳定性.

基于SOPC的深空目标实时跟踪系统

提出一种用可编程片上系统技术实现深空目标检测跟踪系统的方法,该系统采用单片FPGA构建双核系统,其中一个CPU进行检测跟踪,另一个CPU进行通信控制,将软硬件设计有机融为一体。根据不同算法对数据精度要求的不同,将浮点运算和定点运算结合在一起,并使用定制指令、自定义逻辑和C2H等硬件加速技术,减少了处理时间。实测结果表明,该系统可对深空红外目标进行实时检测跟踪。

一种基于聚类的深空红外多目标快速检测算法

该文提出一种基于行扫描点线目标聚类合并的快速实时多目标检测算法。该方法首先对原始图像进行自适应阈值分割,然后采用外接矩补形,点线目标提取和聚类合并对二值图像单帧目标进行全视场检测并编号标记,精度达到像素级,避免了帧差法,投影法等传统检测算法带来的漏检。最后应用五点二次滤波预测目标位置,并构造代价函数进行关联匹配完成目标确认,有效解决了检测中目标分裂,交叉,因重合而暂时消失等问题,提高了系统检测能力。在基于SOPC的硬件平台进行验证,实验结果表明该算法能够准确实时地检测深空目标。

多目标实时跟踪可编程片上系统的软件优化

针对传统DsP＋FPGA设计方案结构复杂、功耗高、体积大、抗干扰性差等问题，应用可编程片上（SOPC）技术建立了多目标实时跟踪系统并提出了基于NIOSII核及其数据链路特征的软件优化方法，对系统采用的迭代投影跟踪算法和通信制导控制算法进行了优化。研究了算法结构优化，链路配置优化，代码优化，自定义指令和C2H技术，并将这些技术应用于多目标跟踪SOPC系统来优化算法结构，减少代码量，去除程序相关性并进行链路层硬件转换，提升软件并行流水性能。实验结果表明，该优化方法可使软件效率提升9～18倍。在图像序列100frame／s，分辨率256pixel×256pixel的条件下，在1．3ms内完成了单帧图像的多目标跟踪处理，470us内完成了单周期导航运算处理，使系统运算满足了实时处理的要求并在节约硬件成本的同时了简化结构，提高了运行稳定性。

SRAM型FPGA空间应用的抗单粒子翻转设计

SRAM型FPGA容易受到空间辐射环境引起的单粒子翻转(SEU)的影响,造成FPGA逻辑错误和功能中断,因此空间应用时必须对其进行抗单粒子翻转加固设计,提高其空间应用的可靠性。文章综述了几种FPGA抗单粒子翻转的设计方法,包括三模冗余设计、动态刷新设计和动态部分可重构设计等。利用构建的测试系统,验证以上多种FPGA抗单粒子翻转设计方法的工程可实施性。

SpaceWire光纤总线时钟同步方法研究

将SpaceWire ECSS-E-50-12C标准中基于Time-Code时间分发的同步方式应用于SpaceWire光纤总线系统中时,存在计时精度不高且计时长度短、延时误差不可控、频率偏差无法补偿的问题,不能满足纳秒级的时钟同步需求。针对以上问题,提出了使用从节点的本地时钟计数、时间戳计算平均延时、以及根据时钟频率偏差调整动态时钟计数的方法,消除时钟同步过程中时钟延时、抖动和频率漂移的影响,提高时钟同步精度。通过仿真验证,在光纤总线系统主节点和从节点的时钟频率不同,传输延时为80ns,延时抖动为8ns,且同步间隙为100μs的情况下,优化后的时钟同步精度达到了从100μs到24ns的提升。

基于FPGA微型红外热电堆探测器空间应用

红外地球敏感器是卫星控制分系统的重要姿态测量部件,提供卫星相对于地球辐射圆盘俯仰和滚动方向的姿态信息。为进行新一代微型红外地球敏感器研制,开展了基于FPGA的微型红外热电堆探测器空间应用研究,介绍了红外热电堆技术,采用探测器技术指标,对探测器的圆环效应、温度补偿、响应补偿、非均匀校正、盲元处理进行了研究,实现了红外地球敏感器图像处理系统的方案设计与FPGA设计。测试结果表明,姿态测量偏差小于0.2°,基于FPGA微型红外热电堆探测器设计,能够应用于卫星姿态测量,具有小型化、低功耗、低成本特点,具有替代传统机械扫描式红外地球敏感器潜力,具有广阔的应用前景。