基于多核技术的数字图像处理阵列电路

基于多核技术和指令集控制方式,设计了一种用于数字图像处理的阵列电路,折中了全硬件处理与单核处理中存在的复杂度与速度之间的矛盾.Modelsim仿真结果表明,所提出的处理阵列电路能正确实现基本的图像并行处理功能,具有一定实际应用价值.

基于多波位波束搜索的大型相控阵阵列信号处理技术

数字波束合成技术是通信对抗领域里一项至关重要的技术,通过在数字域对信号幅度和相位进行控制,可以形成多个独立可控的波束,形成波束指向精度高、灵活可变,且理论上不受波束形成数量的限制。本文针对大型相控阵需求,利用波束合成原理,并结合大规模阵列信号同步技术与相控阵幅相校准技术,实现一种可同时产生180个偏馈波束的多波位波束搜索系统。该系统可以利用波束群的实时扫描功能,实现大范围的波束搜索,更快定位目标角度。该系统已在工程上进行应用,并成功执行大型测控任务,取得圆满成功。

基于阵列处理器的HEVC数据流图可重构实现

提出一种基于阵列处理器的HEVC算法数据流图可重构实现方法。基于动态重构机制完成不同的划分方式、算法间的灵活切换,采用深度优先贪婪对数据流图划分后子任务时域流水的并行方式对HEVC中典型编码算法的数据流图重新划分后设计合理映射方案,以Sobel算子值为重构依据在阵列处理器上进行帧内预测算法验证。实验结果表明,与块间流水方案实现相比加速比可达14.97,各算法资源利用率及计算速度均有提升,与帧内预测模式选择快速算法相比每个时钟周期可多处理7.1个像素。

相干累加与AR滤波相结合的舰船轴频电场信号处理方法

针对采用电场传感器阵列测量舰船电场的应用场景,为提升目标轴频电场的信噪比,提出一种相干累加结合自回归(autoregressive,AR)模型滤波的方法对阵列电场信号进行处理。对测量得到的阵列电场信号进行时延补偿后累加,同时对环境电场信号进行AR建模,并利用AR模型参数构造滤波器,以对累加后的信号实施滤波处理。为验证所提方法在低信噪比条件下的有效性,对实测阵列式电场信号进行处理,结果表明,所提方法能够在信噪比为-25.39 dB的条件下有效压制噪声频谱,保留轴频线谱,处理后信噪比提高约21.92 dB。

基于FPGA的多功能阵列信号处理系统设计

为了适应阵列信号处理数据量大、实时性高的特点,文中结合项目需求设计了一种基于FPGA的多功能阵列信号处理系统。通过采用先进的大规模高性能FPGA和多路高精度ADC芯片,可完成对40路中频信号的同步采集和数字下变频处理,并由数字波束合成运算得到36组波束数据。通过设置多种类型的对外接口,可实现与多个外联设备的网络数据交互、串口控制、波束控制及MGT高速数据传输。文中给出了系统的硬件和软件总体架构设计,并详细介绍了芯片选型、外设接口及各软件功能模块的具体实现方法。测试结果表明,本系统满足设计需求,具有较强的阵列信号处理能力以及良好的通用性和可扩展性。

基于视频阵列处理器的3D-HEVC视差估计算法并行设计与实现

三维高效视频编码(3D High Efficiency Video Coding,3D-HEVC)中视差估计算法存在处理数据量大、运算时间长和资源消耗大的问题,进一步提高算法执行效率对于3D-HEVC的推广应用具有十分重要的意义。在深入分析视差估计算法的并行性的基础上,基于项目组开发的视频阵列处理器(DPR-CODEC),提出一种新的并行实现方案。在可重构阵列结构中完成了视差估计算法的并行映射、功能仿真和FPGA测试,显著减少了视差估计算法的执行时间。实验结果表明,所提出的并行实现方案相比于串行单PE执行时间节省了59%,基于可编程可重构阵列的并行实现在具有较高的执行效率的同时也具有较好的灵活性。

稀疏阵列结构设计及波达方向估计研究进展

近年来,利用稀疏阵列估计信源的波达方向(Direction of Arrival,DOA)已成为阵列信号处理领域的研究热点问题之一。相较于传统的均匀线阵,稀疏阵列凭借其大孔径、高自由度、低互耦率、低冗余度、低开销和布阵灵活等优良特性,吸引了学术界广泛关注和系统性研究。同时,为充分发挥稀疏阵列的巨大优势,学者们已经从不同角度开发了一系列与之相适应的DOA估计算法,以进一步提高可分辨信源的数量和角度估计精度。本文在构建稀疏阵列信号模型和整理稀疏阵列相关术语的基础上,详细介绍了稀疏阵列结构设计及DOA估计算法的发展历程和代表性研究成果。在稀疏阵列结构设计方面,围绕自由度、互耦率和冗余度等核心指标,深入剖析了各类稀疏阵列结构的设计思想,并着重描述了嵌套和互质两类结构性稀疏阵列的连续自由度和自由度特征;在稀疏阵列DOA估计方面,根据信号参量构造原理的不同,阐述了基于物理阵列处理和虚拟阵列处理的两种测向理论,并分析了各自方法的适用条件和性能优势。此外,本文还回顾了稀疏阵列DOA估计的克拉美罗界(Cramér-Rao bound,CRB),为评估不同阵列和算法的优劣提供了重要依据。最后,通过梳理现有研究成果中存在的不足,对未来研究方向进行了展望,力图为稀疏阵列DOA估计的工程应用提供理论依据和技术支撑。

一种时空联合幅相拟合的阵列处理方法

本文从近似最大似然拟合的角度,提出了一种时域、空域联合优化的阵列处理方法。因同时在时空域拟合信号的幅度和相位,该方法避免了传统阵列处理技术先在时/频域提取信号幅度和相位存在误差而导致后续阵列处理性能下降的问题。仿真分析表明,本文方法在精确估计接收信号幅相参数的同时,还可对同时多信号进行准确的入射方向估计,具有比传统时、空域信息分别处理方法更优越的测向性能。

可重构阵列处理器上HEVC流水线并行化设计与实现

为了解决新一代高效视频编码(HEVC)标准中计算复杂度大幅增加导致的编码速度降低问题和专用硬件实现编码器灵活性差的问题,提出了一种基于可重构阵列处理器的HEVC流水线并行化实现方法。该方法将编码块的处理过程划分为不同的流水线等级,根据算法特性设计流水线并行映射方案,并基于可重构阵列处理器的握手机制设计流水线调度方式,使得同一时刻各流水级并行处理不同的编码块,从而加速视频图像的编码过程。实验结果表明:该方案与非流水线实现相比,编码时间减少了约66%;与在现场可编程门阵列(FPGA)上通过模式决策并行化实现加速的方案相比,编码时间减少了18%;与HEVC官方测试模型HM16.8相比,平均PSNR值增加了0.0219 dB。

基于阵列处理器的SVDC算法并行设计与实现

视点合成失真算法(Synthesized View Distortion Change,SVDC)作为三维高效视频编码(3D High Efficiency Video Coding,3D-HEVC)中改善深度图编码效率的有效途径,已成为当下三维视频领域的研究前沿之一。基于阵列处理器,利用分布式共享存储结构设计并实现一种SVDC算法的并行映射方式,并根据访存特性提出失真值计算优化方案,以像素级误差平方和(Sum of Squared Differences,SSD)计算替代单元级SSD计算。实验表明,相比于HTM平台,算法的平均性能可以提升19.03%,所设计的失真值计算并行方案串/并加速比为2.36,使用像素级SSD计算后相比于优化前平均性能可以提升39.3%。

视频阵列处理器HEVC去块滤波算法动态重构实现

去块滤波算法是高效视频编码标准(high-efficiency video coding,HEVC)的重要组成部分,专用硬件实现的去块滤波电路结构难以满足不断革新的算法需求,可重构计算兼具计算高效性和编程灵活性成为研究热点。基于指令流与数据流混合驱动可重构视频阵列处理器(reconfigurable video array processor,RVAP),提出一种可重构的HEVC编码去块滤波电路的并行化实现方法,依据数据流图分析实现去块滤波算法的最大化并行,提高计算效率;通过强/弱滤波方式的灵活切换,提高计算资源利用率。实验结果表明,所提方法在满足算法灵活切换和计算速度要求的同时,硬件资源减少了47.6%,时钟频率达167 MHz。

基于多维傅里叶变换的阵列空时信号处理与应用

目前常用的阵列空时信号处理方法需要计算全部阵元接收信号的采样矩阵,并通过对矩阵的各种运算来提取信息,但是大中型阵列的阵元数量众多导致矩阵维数较大,高维矩阵的巨大运算量使其难以在具有实时性要求的工程中应用。针对这一问题,将傅里叶变换从时域推广至空域,指出了空域与角度域之间存在的傅里叶变换关系。在此基础上,借鉴多维傅里叶变换方法阐释了线阵与面阵各自空时联合处理的二维与三维傅里叶变换表达及其物理意义。通过示例性仿真验证了前述理论建模与特性分析的正确性与有效性,从而为大中型阵列的空时信号实时处理工程应用提供了新的技术手段。

基于图信号处理的多声源定位方法研究

波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计技术是语音增强和声学探测中的重要工具,对于语音机器人、视频会议、助听器和声呐等应用至关重要。最近出现的DOA估计新方法,例如图信号处理(Graph Signal Processing,GSP)方法,展现出优异的角度估计能力,有望提供更佳的声源DOA估计解决方案。然而,由于在多声源情况下GSP算法由邻接矩阵无法直接得到接收信号特征向量的正交补矩阵,导致多声源下GSP算法失效。为解决此问题,本文基于多源宽带语音信号的频域单源区域检测实现多声源分离,进而利用GSP和聚类算法实现宽带多声源的定位。具体而言,本文首先将GSP方法扩展到频域。其次,利用短时傅里叶变换将信号分为若干时频区域,筛选出单源主导的时频区域后,对其进行频域GSP单源定位。最后,对所有定位结果进行聚类,再通过加权平均获得最终的角度估计。我们利用LibriSpeech语音语料库构建声源信号进行多声源定位仿真,仿真结果证明,本文方法优于其他算法,较高信噪比下可将误差控制在3°以内。此外,我们使用圆形六阵元麦克风阵列,对实际录制的若干组录音数据应用所提算法进行定位测量,结果展示所提算法的定位误差更小,并在声源较为靠近时也能做到较好的分辨。

基于多通道阵列处理的二次雷达混扰信号分选

针对应答脉冲信号的同步干扰(即混扰)造成二次雷达询问机解码错误的问题,提出了基于多通道阵列处理的混扰信号分选算法。首先建立了询问机天线使用多通道阵列的混扰信号模型,在此基础之上给出了应答机个数及其到达角估计算法,并提出了基于最大似然估计的应答信号分选算法。仿真结果表明,该算法能够从混扰信号中同时准确分离多个应答信号,性能明显优于FastICA算法。当信噪比高于10 dB时,所提算法的分离指数比FastICA算法至少低10 dB。

一种基于阵列信号处理的跳频信号盲检测方法

提出一种适用于多天线系统的跳频信号盲检测方法.先用该方法求出多路信号之间的互相关函数的功率谱密度之和,得到随时间改变的功率谱密度矩阵,然后通过对该矩阵的处理产生跳频信号的时频图,将跳频信号的各跳从时频图中分割出来并得到其各个hop的参数集.现场测试表明:该方法切实有效,大大提高了信噪比,改善了整体性能.

确定声源频率和位置的超分辨阵列处理方法

基于均匀线阵接收一定距离的声源得到的时间和空间维的样本数据提出分离处理：用时间协方差矩阵确定声源频率；通过对近场空间协方差矩阵进行修正，用重构在相同方位上的远场近似空间协方差矩阵确定声源方位角。并在此基础上，通过改变阵列中心位置确定声源位置。计算机模拟和声学实验证实了上述方法的可行性．

面向数据驱动处理器阵列的自动综合

本文提出了一种数据驱动处理器阵列结构,该结构能有效平衡存储和计算,适合用于在FPGA上实现高性能的算法加速,同时提出了一个面向该结构的自动综合框架,通过该框架可以将常规循环有效地映射到数据驱动处理器阵列上。实验结果表明了该自动综合框架的有效性,且生成的设计性能优于通用处理器。

基于MVDR的阵列信号波束域预处理算法

针对基于常规波束形成(CBF)的波束域方法在波束覆盖区域外存在方位不定强干扰源时多目标方位估计(DOA)失效的问题,提出采用最小方差无畸变响应(MVDR)的波束域预处理算法。该算法根据阵列接收数据自适应调整阵元权值,在波束覆盖区域外干扰源方位形成零陷,从而减小干扰对波束输出结果的影响。分析表明靠近波束覆盖区域的强干扰源对波束转换增益的影响有限。该算法进一步提高了波束域处理方法的抗干扰能力,仿真结果验证了该算法的有效性。

基于高速交换网络的软件化宽带数字阵列处理架构

针对宽带数字阵列雷达系统的特点,提出了一种以高速路由交换网络与高速点对点数据传输网络为基础的标准化、模块化、可扩展和可重构的软件化通用宽带数字阵列处理架构,并结合某宽带数字阵列雷达系统的实际需要,详细论述了系统的组成、控制信息和海量数据传输的方式、相关功能实现方案和实测验证结果。该系统实现方案可以有效地提高宽带数字阵列雷达系统软硬件协同开发效率,便于新技术快速应用以及雷达系统功能性能的灵活扩展和提升。