Aceleração de aplicações do filtro de Kalman com computação heterogênea

• Processo: 22/02094-1
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2023
• Data de Término da vigência: 29 de fevereiro de 2024
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Ciência da Computação - Sistemas de Computação
• Pesquisador responsável: Ricardo Menotti
• Beneficiário: Gustavo de Macena Barreto
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Assunto(s): Computação heterogênea Filtros de Kalman Circuitos FPGA
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Aceleração de aplicações | Computação Heterogênea | filtro de Kalman | FPGAs | Computação Heterogênea

Resumo

O problema da estimativa de atitude e posição de veículos aéreos são amplamente tratados utilizando técnicas baseadas em filtro de Kalman. De fato, o algoritmo obtém boas estimativas quando os estados do sistemas não são observáveis, como apresentado em diversos trabalhos nas últimas décadas. Neste projeto de pesquisa, a estimativa de atitude será tratada utilizando uma versão do filtro de Kalman para sistemas não lineares, conhecida como filtro de Kalman unscented. Em geral, o filtro de Kalman unscented apresenta melhores resultados comparado com o filtro de Kalman estendido, outra variação do filtro de Kalman quando o modelo que descreve a dinâmica dos estados ou medidas dos sensores é não linear. Entretanto, o custo computacional associado a versão unscented é demasiadamente maior que a versão estendida do filtro, principalmente quando a dimensão do espaço de estados é de ordem maior. Nessa perspectiva, o presente projeto de pesquisa propõe a solução da estimativa de estados de atitude fundamentada no modelo de programação oneAPI, com implementações testadas em plataformas CPUs multicore, GPUs e FPGAs. A fusão dos dados a partir do filtro de Kalman unscented será realizada utilizando dados de giroscópios, acelerômetros e magnetômetros, integralmente dispostos no espaço 3D, conferindo 9 graus de liberdade. Um estudo comparativo em relação ao desempenho de execução do sistema de atitude nessas plataformas será realizado. Com isso, espera-se que seja possível acelerar esta aplicação, verificar sua adequação para os aceleradores disponíveis e permitir que elas sejam embarcadas posteriormente naqueles que melhor se adequarem.