面向无人机端侧智能识别的多模可重构加速器

张健铭; 周进良; 张一涵; 谷海宇

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面向无人机端侧智能识别的多模可重构加速器

更新时间：2026-06-16

- 面向无人机端侧智能识别的多模可重构加速器
- Multi-modal reconfigurable accelerator for edge-side intelligent recognition on UAVs
- 航空工程进展 2026年页码：1-10
- 作者机构：
  
  1.成都西南信息控制研究院有限公司系统工程所，成都 611730
  2.哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨 150001
- 作者简介：
  
  谷海宇(1992-), 男, 博士, 副教授。 E-mail: guhaiyu@hit.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(U2541268)
- DOI：
  中图分类号： V279
- 收稿：2026-04-10，
  
  修回：2026-06-11，
  
  网络首发：2026-06-16，
- 稿件说明：
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张健铭,周进良,张一涵,等. 面向无人机端侧智能识别的多模可重构加速器[J]. 航空工程进展.

ZHANG Jianming,ZHOU Jinliang,ZHANG Yihan, et al. Multi-modal reconfigurable accelerator for edge-side intelligent recognition on UAVs[J]. Advances in Aeronautical Science and Engineering.(in Chinese)
张健铭,周进良,张一涵,等. 面向无人机端侧智能识别的多模可重构加速器[J]. 航空工程进展. DOI：

ZHANG Jianming,ZHOU Jinliang,ZHANG Yihan, et al. Multi-modal reconfigurable accelerator for edge-side intelligent recognition on UAVs[J]. Advances in Aeronautical Science and Engineering.(in Chinese) DOI：

摘要

无人机端侧处理多模态目标识别任务时存在压缩模型适配性不足，缺乏混合精度计算支持及软硬件协同较差等问题，提出并实现一种面向端侧智能识别的多模可重构加速器。在硬件层面，设计支持多粒度可变位宽的运算架构，结合硬件友好型剪枝机制实现稀疏模型的低开销推理；在软件层面，基于深度学习编译框架（TVM）构建编译器，通过改进乒乓机制实现指令并行，并采用算子融合技术降低数据搬运开销。结果表明：该加速器对可见光、红外、激光雷达数据的平均识别响应时间分别为28.9、27.9、94.96 ms，平均准确率均超90%。从而证明，相应的软硬件协同设计方法显著提升了端侧设备的并行计算能力，满足了无人机在复杂环境下多模态目标实时侦察的需求。

Abstract

To address the issues of insufficient compressed model adaptability， lack of mixed-precision computing support， and poor hardware-software collaboration in UAV edge-side processing for multimodal target recognition tasks， this paper proposes and implements a multimodal reconfigurable accelerator for edge intelligent recognition. At the hardware level， an arithmetic architecture supporting multi-granularity variable bit widths is designed， and low-overhead inference of sparse models is achieved combined with a hardware-friendly pruning mechanism. At the software level， a compiler is constructed based on the deep learning compilation framework （TVM）， instruction parallelism is realized by improving the ping-pong mechanism， and operator fusion technology is adopted to reduce data transfer overhead. Experimental results show that the average recognition response time of the accelerator for visible light， infrared， and LiDAR data is 28.9 ms， 27.9 ms， and 94.96 ms respectively， with an average accuracy rate exceeding 90%. The results show that the proposed hardware-software co-design approach significantly improves the parallel computing capability of edge-side devices and satisfies the requirements of UAV-based real-time multimodal target reconnaissance in complex environments.

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