用于SINS-GPS組合導航的粒子濾波算法及硬件實現(xiàn)研究.pdf

1、粒子濾波是一種利用蒙特卡洛技術，實現(xiàn)遞推貝葉斯濾波的濾波方法。粒子濾波能夠適用于任意非線性或非高斯噪聲模型的系統(tǒng)。模型非線性越強，噪聲越復雜，越能體現(xiàn)粒子濾波的優(yōu)點。隨著計算機技術的快速發(fā)展和計算成本的降低，粒子濾波在信號處理、數(shù)字通信、生物、統(tǒng)計、醫(yī)學、化學以及社會科學等領域有了廣泛的應用和發(fā)展，已經(jīng)成為研究非線性、非高斯動態(tài)系統(tǒng)最優(yōu)估計問題的有效方法。但是粒子濾波也有其固有的缺陷，如粒子退化、粒子貧化以及計算量巨大等等。
　　

2、 在捷聯(lián)式慣導系統(tǒng)(Strap-down Inertial Navigation System，SINS)/GPS組合導航系統(tǒng)中，存在很多非線性方程，如慣性導航非線性誤差模型、偽距觀測方程等。同時實際的組合導航系統(tǒng)噪聲非常復雜，常用的卡爾曼濾波或者擴展卡爾曼濾波并不合適。因此粒子濾波在慣性導航、組合導航、汽車定位以及目標跟蹤等軍事相關領域也取得了廣泛的應用研究。
　　 結合課題組提出的高動態(tài)情況下的組合導航系統(tǒng)框架，本論文主要

3、完成了捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的導航解算的硬件實現(xiàn)和粒子算法的硬件實現(xiàn)，具體的研究工作包括：
　　 (1)研究了既有的粒子濾波算法，提出了一種結合動態(tài)矩陣控制技術和采樣重要性重采樣粒子濾波的改進粒子濾波算法，能夠有效克服粒子濾波用于高維數(shù)的系統(tǒng)模型時計算量迅速增加的問題。一維目標跟蹤和在初始大方位失準角情況下的SINS/GPS組合導航應用仿真，驗證了新算法能夠以較少的粒子數(shù)獲得較好的濾波收斂性能和穩(wěn)定性能。
　　 (2)研究了改進粒

4、子濾波算法的并行實現(xiàn)的結構，根據(jù)其并行實現(xiàn)的一般框架，著重研究了存儲結構的優(yōu)化、重采樣的改進、高斯噪聲生成和指數(shù)函數(shù)的計算等。基于第三章提出的捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的非線性誤差模型，完成了的改進粒子濾波算法的硬件實現(xiàn)。時序分析和仿真證明該設計能夠使粒子濾波滿足實時性的計算要求，對于粒子濾波的實際應用具有重要的研究意義。
　　 (3)研究了基于Savage提出的二子樣多速導航解算算法的并行結構，以便于硬件設計，最終完成了基于FPGA導航解算