基于FPGA的改進(jìn)粒子濾波算法實(shí)現(xiàn).pdf

1、粒子濾波方法作為一種基于貝葉斯估計(jì)思想的非線性濾波算法，在處理非高斯非線性時(shí)變系統(tǒng)的參數(shù)估計(jì)和狀態(tài)濾波問題方面有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，其在目標(biāo)跟蹤、導(dǎo)航與制導(dǎo)、圖像處理、參數(shù)估計(jì)等都具有很好的應(yīng)用。而這些領(lǐng)域?qū)V波以及估計(jì)的實(shí)時(shí)性要求較高，同時(shí)粒子濾波本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、具有龐大的計(jì)算量等導(dǎo)致其運(yùn)算速度緩慢，算法實(shí)時(shí)性不高，且對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)需求更多的資源。FPGA擁有強(qiáng)大的并行運(yùn)算能力，且實(shí)現(xiàn)方式靈活。本文研究目的是基于FPGA硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)粒子濾波算法，通

2、過降低粒子濾波算法的復(fù)雜度，優(yōu)化硬件結(jié)構(gòu)，提高運(yùn)行速度，合理利用硬件資源，在保證濾波性能的前提下，設(shè)計(jì)出一款運(yùn)算速度快、硬件資源占用少、性能可靠的粒子濾波器。
　　本文首先介紹基本粒子濾波算法以及改進(jìn)型粒子濾波算法，針對(duì)粒子匱乏引入一些處理措施，如重采樣策略與粒子平滑技術(shù)。分析了FPGA結(jié)構(gòu)與工作原理，并選取Spartan-3a作為粒子濾波硬件實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)器件。接著，本文針對(duì)帶MCMC步驟的改進(jìn)型粒子濾波EPF進(jìn)行SOC設(shè)計(jì)，提出了

3、本地平行粒子濾波算法，其總體上分區(qū)粒子集群，按多模塊分別進(jìn)行采樣、重采樣、權(quán)值計(jì)算、MCMC步驟計(jì)算，而后整合各模塊預(yù)測(cè)值再次重采樣以得到狀態(tài)估計(jì)值。其在軟件實(shí)現(xiàn)上改善了重采樣策略，權(quán)值計(jì)算步驟以及MCMC步驟，大大降低了算法空間復(fù)雜度與時(shí)間復(fù)雜度。最后，將SOC的軟、硬件結(jié)構(gòu)相結(jié)合，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的有效性，并生成可下載的流文件，在Spartan－3a開發(fā)板上進(jìn)行針對(duì)非線性非高斯系統(tǒng)的改進(jìn)粒子濾波算法仿真驗(yàn)證，完成將粒子濾波應(yīng)用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)。<