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《探索基于fpga實(shí)現(xiàn)的粒子濾波算法研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文基于FPGA實(shí)現(xiàn)的粒子濾波算法研究姓名：鄧文壇申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：交通信息工程及控制指導(dǎo)教師：張三同20080601中文摘要摘要：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(jì)的新濾波方法，在處理非線性、非高斯系統(tǒng)的參數(shù)估計(jì)和狀態(tài)濾波方而具有獨(dú)到的優(yōu)勢。但是其復(fù)雜的算法結(jié)構(gòu)、龐大的計(jì)算量和緩慢的運(yùn)算速度限制了其在實(shí)時(shí)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，提高運(yùn)算速度，設(shè)計(jì)一種運(yùn)算速度快、性能可靠、占用硬件資源少的粒子濾波器，使
2、其能應(yīng)用于目標(biāo)跟蹤等實(shí)時(shí)系統(tǒng)中。現(xiàn)場町編程門陣YU(FieldProgrammableGateArray，F(xiàn)PGA)是一種硬件邏輯器件，執(zhí)行真正意義卜的并行運(yùn)算。理論卜，～個(gè)時(shí)鐘周期，F(xiàn)PGA能輸?一個(gè)結(jié)果，粒了濾波在FPGA系統(tǒng)中能達(dá)到最快運(yùn)算速度。所以本文選取FPGA作為粒了濾波硬件實(shí)現(xiàn)的F
3、標(biāo)器件。本文首先介紹了粒
4、了濾波的現(xiàn)狀和本文研究的意義。接著詳細(xì)介紹了粒了濾波基本原理和FPGA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。然后對SIRF算法的步驟、復(fù)雜度、并行件進(jìn)行深入分析，在此基礎(chǔ)上對重采樣、權(quán)值計(jì)算、采樣三步進(jìn)
5、行改進(jìn)，降低了粒子濾波算法的復(fù)雜度，提高了運(yùn)算速度。并以被動(dòng)定位系統(tǒng)中目標(biāo)跟蹤為例進(jìn)行Matlab仿真，驗(yàn)證改進(jìn)后算法的正確性。然后基’。J：改進(jìn)后的SIRF算法，在FPGA中設(shè)汁出高斯隨機(jī)數(shù)生成器、重采樣、采樣、權(quán)值計(jì)算各個(gè)模塊，并進(jìn)行波形圖仿真，驗(yàn)證模塊設(shè)計(jì)的正確性。最后，連接各個(gè)模塊，在FPGA中實(shí)現(xiàn)粒子濾波算法。本文在FPGA中設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了這種改進(jìn)的粒子濾波算法。波形圖仿真和FPGA資源使用情況報(bào)告表明這種算法器具有速度快、占用資源少的特點(diǎn)，能J’．泛適用于目標(biāo)跟蹤、導(dǎo)航與制導(dǎo)、圖像處理
6、、參數(shù)估計(jì)等實(shí)時(shí)系統(tǒng)中。關(guān)鍵詞：粒子濾波；FPGA；目標(biāo)跟蹤；并行算法分類號：U283．1ABSTRACTABSTRACT：Developingin90’Slastcentury，ParticlefiIter,anewfiltermethodbasedonMonteCarloandrecursiveBayesianestimation，hasspecialadvantagesindealingwiththestateandtheparameterestimationinthenonlineara
7、ndnon-Gaussiansystem．However，thedisadvantagesofcomplexalgorithmarchitecture，enormouscomputationsandlowspeedhaverestricteditsimplementationinreal-timesystem．Thisthesisaimstoreducethecomplexityoftheparticlefilteralgorithmwithbettercomputationspeedinord
8、ertodesignaparticlefilterwhichisfast，credibleandusinglesshardwareresourceSOastobeimplementedinreal—timesystem，i．e．objecttrackingetc．．FieldProgrammableGateArrayisahardwarelogicdevice，whichimplementstherealparallelcomputation．Intheory,theFPGAcanoutputo
9、neresultinoneclockperiod．ParticlefiltercanreachthehighestcomputationspeedinFPGAsystem．So，thisthesischoosestheFPGAasthetargetdevicetoimplementparticlefilter．Thisthesis，atfirst，introducesthestatusinquoofparticlefilterandthemeaningofresearch．Secondly，it
10、introducesthebasicstheoryoftheparticlefilterandthecharacteristicsofFPGA．Thirdly，thecomplexityofthealgorithmhasbeenreducedandthecomputationspeedhasbeenadvancedbyimprovingmethodsonthethreestepsinsampling，weightingcomputation，andresamplingbasedonanalyzi
