改進粒子濾波算法在FPGA中的研究與實現(xiàn).pdf

1、粒子濾波是上世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種基于蒙特卡羅方法和遞推貝葉斯估計的新濾波方法，在處理非線性、非高斯系統(tǒng)的參數(shù)估計和狀態(tài)濾波方面具有獨到的優(yōu)勢。但是其復(fù)雜的算法結(jié)構(gòu)、龐大的計算量和緩慢的運算速度限制了其在實時系統(tǒng)中的應(yīng)用。本文研究的目的是降低粒子濾波算法的復(fù)雜度，提高算法運算速度，設(shè)計一種運算速度快、性能可靠、占用硬件資源少的粒子濾波器，使其能應(yīng)用于實時系統(tǒng)中。 現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gat

2、e Array，F(xiàn)PGA）是一種硬件邏輯器件，可以執(zhí)行真正意義上的并行運算。Spartan-3系列是Xilinx公司生產(chǎn)的高性價FPGA，該系列根據(jù)用戶的實際需求，分為具有不同側(cè)重點的FPGA，如Spartan-3E、Spartan-3A等。本文選取Spartan-3A作為粒子濾波硬件實現(xiàn)的目標(biāo)器件。 本文首先介紹粒子濾波的課題背景和國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。然后詳細(xì)介紹了粒子濾波算法的相關(guān)理論及基本原理。接著以二維被動目標(biāo)跟蹤為系統(tǒng)模

3、型，給出了粒子濾波算法的基本流程。通過分析算法的復(fù)雜度和并行性，對權(quán)值歸一化步驟和重采樣算法兩方面進行了改進，降低了粒子濾波算法的復(fù)雜度，提高了運算速度，以被動定位系統(tǒng)中目標(biāo)跟蹤為例進行仿真，驗證改進后算法的正確性。基于改進后的粒子濾波算法，利用FPGA開發(fā)軟件ISE進行算法功能模塊的設(shè)計，驗證了設(shè)計的有效性。最后，連接各個模塊，生成可下載的流文件，在Spartan-3A開發(fā)板上進行算法的驗證。 本文在FPGA中設(shè)計并實現(xiàn)了改進