卫星通讯领域FPGA关注技术:算法和图像方面(3)

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最近关注的公众号提到了从事移动通信、卫星通讯等领域的FPGA、ASIC、信号处理算法等工程师可能需要关注的技术,有通感融合、RNSS授时、惯导,以下做了一些基础的调研:

1 通感融合

1)来自博鳌亚洲论坛·创新报告2023:通感算融合已成技术新趋势:通感一体系统可利用通信基站站点高、覆盖广的特点,实时、大范围、感知车道流量和车速信息,同时检测行人或动物道路入侵,有效实施道路监管,保障交通安全和提升交通效率。
2)来自基于Intel架构的感知融合方案-移动机器人篇

自动驾驶或者自主移动机器人系统中最常用的3类传感器(摄像头、激光雷达、毫米波雷达)就各有千秋,各有自己不能解决的短板
摄像头:对目标的颜色和纹理比较敏感,可以完成目标分类、检测、分割、识别等任务,但是不能得到精确的探测距离,而且易受光照、天气条件的影响。
LiDAR:可以获得目标精确的3D信息,检测范围也能够到达150米。对光照不敏感,晚上也可以正常工作。但是角分辨率大,目标稀疏,无法获得目标纹理,分类不准,而且在雨、雾、雪等恶劣天气中,性能会下降。对扬尘、水雾也比较敏感,易产生噪点。
mmRadar:可以提供精确的距离和速度信息,探测距离也比较远,可以全天候工作,但分辨率较低,无法提供物体高度信息。
同时,基于多种传感器的感知融合不但使得多传感器优势互补, 而且还提供了系统冗余,增加了系统的智能性、安全性和稳定性
Intel在针对于客户的2023年度培训中,提及了一种基于CPU+FPGA双重架构的感知融合方案。见下图。
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在这个方案中,独立的FPGA板卡作为各种传感器的数据采集端,实现了针对常见的传感器的数据采集工作。同时,更为重要的是,FPGA依赖于其自身的可以编程的特性,实现了对各个传感器数据采集时的时间同步要求,可以实现对所有的支持的传感器,按照统一的采样频率进行采集数据。在这样的架构下,传感器的数据是保证是同步的,因而在理论上,可以省却后期的数据对齐的操作。

感知处理过程是怎么样的呢?
首先,FPGA模块作为传感器外设的接入段,实现了对传感器原始数据的采集工作和预处理,针对于不同的传感器的特性了,做了时间同步的处理,并将做过时间对齐处理的数据放在FPGA的缓存中。FPGA端的缓存跟CPU端的Memory做DMA通道配置,数据可以及时同步到CPU端,以供Linux驱动做后续处理
其次,CPU模块在接收到FPGA模块传输的数据之后,分别通过Video通道(V4L2)和Eth通道(UDP)与上层的算法层做互通。
CPU端作为融合算法的主要承载者,集成了ROS。ROS2是机器人开源框架的最新一代变体,定义了完善的统一的跨平台、跨应用的接口,可以在资源受限的单机运行,也可以实现基于云、边缘服务器的分布式系统。

2 RNSS授时

卫星授时就是利用卫星作为时间基准源或转发中介,通过接收卫星信号和进行时延补偿的方法,在本地恢复出原始时间的这一过程。根据工作原理,卫星授时分为RNSS授时和RDSS授时两种方式。
FPGA授时方向-北斗时源
在授时领域,FPGA可以用于实现高精度的时钟同步和分发,FPGA可以通过内部时钟管理模块生成和分频时钟信号.

3 惯导

  1. 基于FPGA的惯性导航系统设计 - 电子发烧友网
    可编程门阵列FPGA 比专用集成电路ASIC缩短了开发周期,基于FPGA开发的惯导处理系统可以对不同厂家的GPS装置进行数据通信与处理
  2. 基于FPGA的捷联式惯导算法研究与实现。
    捷联式惯导系统将惯性测量单元值(加速度计和陀螺仪)与地理位置和磁场计算结合起来,以实现高精度的位置和姿态的测量。
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