Dissertação

{en_GB=Back-Projection Algorithm Optimization for On-Board Embedded SAR Imaging System} {} EVALUATED

{pt=O Radar de Abertura Sintética (SAR) é um radar capaz de criar imagens coerentes de alta resolução. Para produzir imagens a partir de informação recolhida por um SAR é necessário usar um algoritmo de formação de imagem. Backprojection é um algoritmo conhecido por gerar imagens de alta qualidade com a desvantagem de ser computacionalmente intensivo. Devido a esta desvantagem o Backprojection nunca foi adoptado em aplicações em tempo real ou em dispositivos de baixo consumo energético e dimensões e poder computacional reduzido. O primeiro contributo deste trabalho é o estudo do algoritmo Backprojection e a sua conversão para fixed-point. A caracterização temporal foi feita através de profiling. Para fazer a conversão foram conduzidos dois estudos de forma a escolher os parâmetros do formato fixed-point. O segundo contributo é a implementação do algoritmo Backprojection num dispositivo System-on-Chip (SoC) Field Programmable Gate Array (FPGA). A implementação deve ser capaz de produzir uma imagem de 512 x 512 pixeis por segundo. A optimização é focada na aplicação e uma arquitectura pipeline. Usando uma placa Zybo Z7-10 foi possível implementar o sistema de processamento capaz de produzir uma imagem com um SNR de 99.21 dB em apenas 959ms. Sendo o dispositivo escolhido da gama mais baixa, este trabalho comprova o enorme potencial que esta família de dispositivos tem no futuro do processamento de imagem em tempo real., en=The Synthetic Aperture Radar (SAR) is a type of radar capable of high-resolution coherent Imaging. To produce images from SAR data, an image forming algorithm must be used. The Backprojection Algorithm is known for generating high resolution images at the expense of computational intensity. Due to this drawback, the Backprojection Algorithm has never been widely adopted for real time applications or implementation in Small, Weight and Power (SWaP) devices. The first contribution of this work is the analysis and fixed-point conversion of the Backprojection Algorithm while providing high-quality images. The time characterization was done by means of profiling. To perform the fixed-point conversion two studies were conducted in order to set the parameters of the fixed-point format. The second key contribution of this work is the implementation of the Backprojection algorithm in a System-on-Chip (SoC) Field Programmable Gate Array (FPGA) device. The implementation should be capable of producing an image with 512 per 512 pixels, per second. The optimization is focused on the development of a pipeline architecture. Using a Zybo Z7-10 board it was possible to achieve a successful design, capable of producing an image with a signal-to-noise ratio of 99.21 dB in 959ms. With the target system being an entry-level device this works proves that these devices have an immense potential in the future of image processing for real-time applications.}
{pt=Synthetic Aperture Radar, Backprojection, FPGA, ponto fixo, projecto HW/SW, optimização, en=Synthetic Aperture Radar, Backprojection, FPGA, fixed-point, HW/SW system design, optimization}

Janeiro 21, 2021, 15:0

Orientação

ORIENTADOR

Rui António Policarpo Duarte

INESC-ID

Investigador

ORIENTADOR

José João Henriques Teixeira de Sousa

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Auxiliar