面向端到端目标检测神经网络的高效硬件加速系统设计

针对神经网络目标检测系统在硬件资源受限与功耗敏感的边缘计算设备中应用的问题,提出了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）实现的YOLOv3-Tiny神经网络目标检测硬件加速系统. 利用网络结构重组、层间融合与动态数值量化,缩减YOLOv3-Tiny网络规模. 基于通道并行与权值驻留硬件加速算法、紧密流水线处理流程与硬件运算单元复用,提升硬件资源利用效率. 所设计的端到端目标检测加速系统被部署在UltraScale+ XCZU9EG FPGA上,达到了96.6 GOPS的吞吐量与17.3 FPS的检测帧率,功耗为4.12 W,并具有0.32 GOPS/DSP与2.68 GOPS/kLUT的硬件资源利用效率. 在保持高效准确目标检测能力的同时,硬件资源利用效率优于其他已有的YOLOv3-Tiny目标检测硬件加速器.      

ESPRIT算法广义逆矩阵求解的快速FPGA实现

在基于旋转不变子空间的信号参数估计（estimating signal parameter via rotational invariance techniques,ESPRIT）算法中涉及到求解信号子空间矩阵的逆矩阵,针对常用方法计算复杂度高,实时性差等问题,提出使用广义逆公式对信号子空间矩阵进行求解的方法.在FPGA平台上设计并实现了由复数矩阵乘法、矩阵LU分解、下三角矩阵求逆等子模块构成的广义逆矩阵求解系统.利用该系统求解广义逆矩阵所用的时间约为2.18 ms,与在MATLAB上对同样矩阵进行广义逆求解的平均用时15.7 ms减少了7.2倍.使用该系统的结果在MATLAB上完成后续仿真,对ESPRIT算法最终所得角度进行误差分析,最终所得角度的平均估计误差约为0.04°.结果表明,该系统能在保证结果精确度的同时有效减少运算时间.     

基于树状图的波形数字滤波器拓扑结构优化方法

针对常规波形数字滤波器（wave digital filter,WDF）拓扑结构表达效率低下、结构易混乱的问题,本文利用适配器的可拆分性,提出基于WDF二叉树的拓扑结构表达方法,使等效电路结构清晰直观,从WDF二叉树的形态可迅速获知等效电路的模块并行度、最长路径等关键信息.此外,本文结合WDF端口适配器的端口对称性,进一步提出WDF二叉树的优化方法.通过对满足要求的结点及附属子叶进行位置交换,令二叉树更为扁平、缩短"入射-反射"过程的最大路径长度,使WDF-FPGA仿真系统的模块并行度和仿真速度得到提升.电路仿真模型优化后的反射步长减少42.86%、入射步长减少38.9%,总运算时间降至0.366 ms.      

磁性纳米粒子成像高灵敏度正交接收系统

本文通过有限元分析设计高灵敏度磁性纳米粒子成像正交接收系统，提升MPI信号检测灵敏度和磁场匀质性，用于预临床小动物级MPI成像。设计的正交接收线圈组新增加x向接收线圈，并且在z向优化了成像视野面积与接收灵敏度，在预临床小动物级MPI成像平台中经过仿真验证、制备、调试、校验，完成了模型成像和小动物成像实验，结果表明本文方法有效提升了图像质量和图像对比度.