Dissertação

{en_GB=On-Board Multi-core Fault-Tolerant SAR Imaging Architecture} {} EVALUATED

{pt=Atualmente, há uma necessidade crescente para que satélites, drones e VANTs tenham sistemas leves, de pequenas dimensões, autónomos e portáteis capazes de gerar imagens SAR a bordo e enviar para a Terra, evitando o processamento demorado de dados nos recetores. SAR é um tipo de radar utilizado para gerar imagens da Terra, montado em plataformas móveis como satélites, drones ou aviões e é usado para monitorizar a superfície do planeta para geologia, agricultura, oceanografia, glaciologia e desastres naturais. O algoritmo de geração de imagens Backprojection é capaz de gerar imagens de elevada qualidade, no entanto, é um dos algoritmos mais intensivos do ponto de vista computacional. O espaço é um ambiente adverso, devido à radiação, que provoca erros temporários e permanentes em sistemas computacionais e, por esse motivo, existe uma necessidade de mitigar o seu impacto nos dispositivos, implementando mecanismos de tolerância a falhas. Neste trabalho, foi desenvolvida uma arquitetura embebida multi-core para sistemas de geração de imagens SAR, utilizando dois mecanismos de tolerância a falhas: lockstep e redundância de precisão reduzida. Esta arquitetura tem como objetivo proteger o algoritmo Backprojection, implementando uma solução em software, gerando imagens aceitáveis num ambiente espacial. A solução foi implementada num SoC da Xilinx com um processador dual-core. Para taxas de erros similares às medidas num ambiente espacial, a solução produziu imagens com uma média de menos 0.65dB com um impacto temporal até 33%. Não obstante, o algoritmo executa até 1.58 vezes mais rapidamente que a versão single-core, sem mecanismos de tolerância a falhas., en=Nowadays, there is an increasing need for satellites, drones and UAVs to have lightweight, small, autonomous, portable, battery-powered systems able to generate SAR images on-board and broadcasting them to Earth, avoiding the time-consuming processing data at the receivers. SAR is a form of radar used to generate images of Earth, mounted on moving platforms, such as satellites, drones or airplanes and is used to monitor the surface of the Earth for geology, agriculture, oceanography, glaciology, forestry and natural disasters. Backprojection is an algorithm for SAR image generation capable of generating high quality images, however, it is one of the most computationally intensive. Space is a harsh environment, due to the radiation, which causes temporary or permanent errors on computing systems, thus, there is a need to mitigate its impact on the devices implementing fault tolerance mechanisms to detect and correct errors. In this research work, an on-board multi-core embedded architecture was developed for SAR imaging systems, implementing two fault tolerance mechanisms: lockstep and reduced-precision redundancy. This architecture aims to protect the Backprojection algorithm, using a software-only approach, generating acceptable SAR images in a space environment. The solution was implemented on a Xilinx SoC device with a dual-core processor. For error rates similar to the ones measured in a space environment, the present work produced images with less 0.65dB on average at the expense of a time overhead up to 33%. Notwithstanding, the Backprojection algorithm executed up to 1.58 times faster than its single-core version algorithm, without fault tolerance mechanisms.}
{pt=Radar de Abertura Sintética (SAR), Algoritmo Backprojection, Tolerância a Falhas em Software, Tolerância a Falhas Multi-Core, en=Synthetic-Aperture Radar (SAR), Backprojection Algorithm, Software Fault Tolerance, Multi-Core Fault Tolerance}

Novembro 7, 2018, 18:0

Orientação

ORIENTADOR

Horácio Cláudio De Campos Neto

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Associado

ORIENTADOR

Rui António Policarpo Duarte

Departamento de Engenharia Informática (DEI)

Professor Auxiliar Convidado