基于 FPGA 加速支持向量回归的 BOTDA 光纤传感系统
信号处理
2019-01-07 v1
摘要
布里渊光时域分析仪 (BOTDA) 光纤传感器在静态长距离分布式温度/应变传感方面已展现出强大能力。然而，在结构健康监测与泄漏检测等应用中，实时测量十分必要。BOTDA 系统中温度/应变的测量时间包括数据采集时间与后处理时间。本工作中，我们提出使用硬件加速的支持向量回归 (SVR) 对所采集的 BOTDA 数据进行后处理。利用不同线宽下不同温度的理想洛伦兹曲线训练 SVR 模型以确定线性 SVR 决策函数。在不同信噪比 (SNR) 下通过实验评估了 SVR 的性能。在确定模型系数后，基于现场可编程门阵列 (FPGA) 的算法专用硬件加速器被用于实现 SVR 决策函数。在实现过程中，提出了基于循环依赖分析与批处理的硬件优化技术以降低执行延迟。我们的 FPGA 实现相比 i7-5960x 计算机上的软件实现可实现最高 42 倍的加速。对于 38.44 km 待测光纤 (FUT) 上的 96,100 个布里渊增益谱 (BGS)，使用 ZCU104 FPGA 板卡的后处理时间仅为 0.46 秒，使得后处理时间不再成为动态传感的瓶颈。此外，我们的 FPGA 实现的能效可比基于 CPU 的软件实现高至多 226.1 倍。
引用
@article{arxiv.1901.01141,
title = {BOTDA Fiber Sensor System Based on FPGA Accelerated Support Vector Regression},
author = {Huan Wu and Hongda Wang and Chiu-Sing Choy and Chester Shu and Chao Lu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1901.01141},
year = {2019}
}
备注
8 pgaes