基于FPGA的激光陀螺信号高速解调滤波设计

在FPGA中实现DSP和计算机常用的IEEE单精度32位浮点表示方式,通过模块化设计,能够进行相关的浮点加法和乘法操作。利用内部逻辑单元、乘法器、ROM、RAM等资源,经过正确的逻辑控制和可靠的时序设计,设计了一个能对激光陀螺信号进行高速、精确滤波的专用滤波器,并且更简便实现后续DSP或计算机对滤波数据的格式处理。     

Cortex-M3内核浮点型运算的研究与实现

通过分析Cortex-M3内核的结构与浮点型格式,充分利用Cortex-M3内核中的分支预测、单周期乘法、硬件除法等众多功能强大的特性,使用Thumb-2指令集实现了单精度浮点型的加、减、乘、除与比较运算,并给出了加减法运算的流程图和除法运算的源程序.     

一种多功能阵列乘法器的设计方法

为了实现不同数制的乘法共享硬件资源,提出了一种可以实现基于IEEE754标准的64位双精度浮点与32位单精度浮点、32位整数和16位定点的多功能阵列乘法器的设计方法。采用超前进位加法和流水线技术实现乘法器性能的提高。设计了与TMS320C6701乘法指令兼容的乘法单元,仿真结果验证了设计方案的正确性。     

无人机遥感视频图像的实时拼接研究

为了获取广域监视图像,图像拼接技术在无人机(UAV)遥感平台上得到了广泛的应用。传统的UAV遥感图像拼接系统费时费力,难以实现图像的自动拼接。本文提出了一种无需地面控制点的遥感图像几何校正方法,并利用SIFT算法对特征点进行提取和匹配。采用加权平均融合方法对拼接后的图像进行平滑处理,开发了UAV遥感视频图像自动拼接系统。利用UAV实际航拍图像进行了拼接实验,验证该系统的有效性。     

基于像素分类的多尺度无人机航拍目标旋转跟踪算法

针对无人机（UAV）跟踪过程中垂直跟踪框在处理尺度变化、相似物体和纵横比变化时限制了跟踪精度提升的问题,提出一种基于像素分类的多尺度UAV航拍目标旋转跟踪算法。首先,设计MS-ResNet以提取目标多尺度特征;然后,在具有正交特性的多通道响应图上设计像素二分类模块,从而进一步精确细化分类和回归分支的结果;同时,为了提高像素分类精度,使用并行通道空间注意力（scSE）模块在空间域和通道域上筛选目标特征;最后,在像素分类基础上生成贴合目标实际大小的旋转跟踪框,从而避免正样本受到污染。实验结果表明：所提算法在无人机跟踪数据集UAV123上的成功率和准确率分别为60.7%和79.5%、与孪生区域建议跟踪网络（SiamRPN）相比,成功率与准确率分别提升了5个百分点、2.7个百分点,同时速度为67.5 FPS,满足实时要求。所提算法具有良好的尺度适应能力、辨别能力和鲁棒性,能有效应对UAV跟踪任务。     

利用混合特征的多视角遥感图像配准

目的 多视角遥感图像配准是遥感图像处理领域的一项关键技术,其目的是精确获取图像间被测区域发生的几何变换关系。由于航拍视角变化以及地物的空间分布和几何形状的复杂度,多视角遥感图像间会产生非刚性畸变问题,增加了图像配准的难度,为此本文提出一种利用遥感图像SIFT（scale-invariant feature transform）特征点阵的全局和局部几何结构特征进行多视角遥感图像配准的算法。方法 通过增加对SIFT点阵的几何结构特征描述以及利用SIFT点阵间全局与局部几何结构特征的互补关系,提升存在非刚性畸变的多视角遥感图像配准精度。 结果 实验使用谷歌地球的卫星影像数据以及无人机航拍遥感数据对本文算法进行了测试,并与3种同类算法（SIFT、SURF（speeded-up robust features）、CPD（coherent point drift））进行对比实验,本文算法在存在非刚性畸变的多视角遥感图像配准中能够有效地提升SIFT特征点阵的配准精度,从而获得更加准确的多视角遥感图像配准结果。结论 本文实现了一种结合SIFT特征点阵的全局和局部几何结构特征进行多视角遥感图像配准的算法,实验结果表明了该方法对存在非刚性畸变的多视角遥感图像能够有效地进行配准,可适用于同源多视角情况下的遥感图像配准问题。     

基于FPGA的流水线单精度浮点数乘法器设计

针对现有的采用Booth算法与华莱士(Wallace)树结构设计的浮点乘法器运算速度慢、布局布线复杂等问题,设计了基于FPGA的流水线精度浮点数乘法器。该乘法器采用规则的Vedic算法结构,解决了布局布线复杂的问题;使用超前进位加法器(Carry Look-ahead Adder,CLA)将部分积并行相加,以减少路径延迟;并通过优化的4级流水线结构处理,在Xilinx~ISE 14.7软件开发平台上通过了编译、综合及仿真验证。结果证明,在相同的硬件条件下,本文所设计的浮点乘法器与基4-Booth算法浮点乘法器消耗时钟数的比值约为两者消耗硬件资源比值的1.56倍。     

基于ORB特征的无人机遥感图像拼接改进算法

针对传统的SIFT算法运行速度较慢、不适合处理实时性要求高的无人机遥感图像的缺点,提出了一种基于ORB特征的快速遥感图像拼接改进算法。首先通过ORB算法快速得到特征点和特征描述,采用K最近邻算法（KNN）进行粗匹配,然后采用随机抽样一致性算法（RANSAC）进行精匹配,最后使用改进的加权平均方法对图像进行融合拼接。实验结果表明,该算法在保证匹配精度的基础上,处理速度较经典的SIFT算法提高了41倍。在图像融合时,该算法能有效地消除拼接重影错位现象。     

一种面向应急测绘的网联无人机改造设计方法

针对当前无人机应急测绘存在影像数据获取环节多、耗时长等问题,介绍网联无人机应用和研究现状,提出了一种基于机载数据传输的网联无人机改造设计方案。该方案是在传统无人机上加装通信适配器模块,在飞行任务和数据管理系统的支持下实现无人机影像、位置等数据实时回传,再基于同时定位与地图构建（Simultaneous Localization And Mapping,SLAM）技术开展实时拼图,大幅提升应急测绘响应能力。文章详细介绍了网联无人机硬件和软件的改造设计思路,旨在为无人机应急测绘数据快速获取、处理提供参考。     

基于FPGA的二维DCT IP核优化设计

采用行列分解法实现了二维DCT变换,其一维DCT采用Loeffler算法结构,结合位宽优化与CSD乘法优化,在FPGA芯片上无内嵌硬件乘法器情况下,一维DCT计算模块仅需要1504LUTs;有内嵌硬件乘法器情况下,仅需要688LUTs与22个内嵌9*9乘法器。将二维DCT计算模块封装为wishbone接口的IP核,在AlteraDE2-70开发板上实测二维DCT计算速度是软件快速DCT算法的296倍,可应用于JPEG图像处理、音频处理等场合。     

基于简化Forstner算子改进的SIFT无人机图像识别算法

根据无人机获取图像信息量大、处理实时性要求高的特点,寻找一种符合无人机特点的图像目标识别算法,提高图像识别的效率。SIFT(Scale Invariant Features Transform)算法具有良好的准确性和鲁棒性,能够克服一定的图像形变及遮挡影响,但其还难以满足无人机图像的处理实时性,利用简化的Forstner算子对SIFT算法进行改进,降低SIFT算法特征点获取过程的计算量。通过仿真实验,证明改进的SIFT算法可以提高识别和匹配的速度和准确率,可以满足复杂背景下无人机目标识别精度与速度的需求。     

基于无人机倾斜摄影技术的多源遥感影像变化检测并行系统设计

为使无人机遥感图像的影像残差值得到有效控制,提升多源遥感影像变化特征的检测精度水平,设计基于无人机倾斜摄影技术的多源遥感影像变化检测并行系统。在C/S框架体系中,设置并行运作电路、像素点检测主机、HBase存储结构与遥感影像显示器,完成对多源遥感影像变化检测并行系统的硬件设计。根据联合平差指标的数值水平,计算密集度指标,联合已知影像数据,求解无人机倾斜摄影过程中的纹理映射条件,实现对多源遥感影像的建模处理。按照影像特征提取结果,完善影像检测金字塔的构型模式,将无人机数字影像与并行检测节点匹配起来,再结合各级硬件应用结构,完成基于无人机倾斜摄影技术的多源遥感影像变化检测并行系统设计。实验结果表明,设计的系统在无人机倾斜摄影技术的作用下,遥感图像在x轴、y轴、z轴方向上的影像残差指标均出现明显下降的数值变化状态,能够有效提升多源遥感影像变化特征的检测精度。     

基于多核DSP的星载并行遥感图像压缩系统设计与实现

随着星载遥感技术的不断发展,产生的遥感数据也变得日渐庞大,目前有限的通信带宽远不能满足遥感图像数据传输的需求。因此研究面向星载应用的图像压缩技术对空间应用技术的发展有着十分重要的意义。采用传统单核数字信号处理器（DSP）难以满足性能需求,而采用现场可编程门阵列（FPGA）则难以满足功耗需求,近年来随着硬件技术发展,多核DSP技术已经成熟,且在弹载场景已有比较成熟的多核DSP图像压缩解决方案,可供星载应用参考。基于多核DSP,即TI公司的C6678多核浮点DSP平台,构建一个并行图像压缩系统,并充分利用多核DSP的硬件资源。考虑星载遥感图像压缩对压缩质量、压缩速度等多方面指标都有着较高的要求,系统采用JPEG2000标准进行图像压缩,并且采用了主核负责外部通信与内部任务分配、从核执行JPEG2000图像压缩的设计方案。测试结果表明,该系统运行稳定可靠,且整体压缩性能优秀,能够满足对星载遥感图像压缩系统的性能要求。     

基于Piecewise算法的反正切运算器的设计

在科学计算、数字信号处理和图像处理等诸多应用中,反正切运算都是常用的基础操作之一。基于Piecewise算法,面向某型DSP芯片设计了一个符合IEEE-754标准的单精度浮点反正切运算器。为了达到设计精度,分析和限制了运算过程中的所有误差。为了确保输出结果具备与原函数一致的单调性,提出了一种可确保算法单调性的设计方法。为了降低硬件成本,使用了二级分层分段方法,并实现了基于电路静态和动态分析的信号位宽设计与优化。基于FPGA的仿真结果表明,反正切运算器所需硬件成本较小,其输出结果与标准结果之间的误差小于1 ulp,且运算器输出具有良好的单调性。     

基于TMS320C6x的双波段图象高速融合系统

对自主研制的，以TMS320C6201数字信号处理器（DSP）为核心处理器的高速图象融合系统的设计与实现方案进行了完整描述，并着重讨论了双通道数字图象融合处理硬件系统设计中的特殊问题，由于采用了最新的高性能DSP以及硬件结构优化设计，该系统可以灵活地应用多种融合算法来实现可见光-长波红外双通道数字图象的实时或准实时融合处理，并具有手动像素平移配准功能，可以较好地解决多尺度图象融合算法的大数据量计算处理与硬件系统实时性要求之间的矛盾，为实用化的多通道实时图象融合处理机的研制工作奠定了良好的技术基础。     

基于MicroBlaze的测控终端数据处理模块的设计与实现

为了解决实时实时遥测数据挑路及浮点运算在FPGA上实现难度较大的问题,设计了一种基于MicroBlaze的测控终端数据处理模块;测控终端数据处理模块利用FPGA嵌入式处理器实现了复杂遥测数据的挑路及浮点运算,同时利用FPGA的动态部分重配置技术实现了遥测数据挑路的在线配置功能;测试表明该模块可以实现对1553B等具有复杂数据结构的遥测数据进行处理,并能够实现20帧/秒以上的处理速度;测控终端数据处理模块可以实现很多以往需要ARM或DSP才能够实现的复杂遥测数据处理功能。在不增加系统硬件成本的情况下,有效提高了系统的集成度和设计灵活性。     

基于FPGA的浮点向量协处理器设计

为满足现代数字信号处理中大量数据的运算需求,利用ARM946和Xilinx公司的现场可编程门阵列芯片逻辑资源和IP库,设计专门用于浮点复数向量运算的64位协处理器,对相关浮点运算进行优化,并在硬件仿真平台上进行测试。结果表明,该协处理器可使浮点复数向量运算性能得到大幅提高。     

基于三分量自主意识UAV路面遥感图像拼接算法

针对在检测过程中需要高分辨率的全景图像分析路面病害特征参数的问题,提出了一种具有三分量（3c）动态自主意识的遥感路面病害图像拼接算法。基于目标识别、主动立体视觉确定UAV系统在三维结构中的自主意识;采用增量搜索策略基于几何约束将SIFT点特征三角化;结合PNP—RANSAC算法找到最佳匹配面进行误匹配剔除;利用三角函数理论对图像进行融合。实现对长线程病害路面图像数据集的快速准确拼接。特征搜索时间平均为未使用增量搜索策略的43.45%,拼接准确率在88%以上。实验数据表明,基于三分量自主意识的UAV路面遥感图像拼接系统可以有效地应对长线程路面病害图像。