[發明專利]一種基于現場可編程門陣列的卡爾曼濾波器

無效

• 申請號: 200910076691.2
• 申請日: 2009-01-15
• 公開（公告）號: CN101640523A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發明（設計）人: 王翔;郭睿
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H03H21/00
• 分類號: H03H21/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司
• 代理人: 王順榮;唐愛華

(一)技術領域

本發明涉及一種濾波器，具體為一種基于現場可編程門陣列(FPGA，FieldProgrammable?Gate?Array)的卡爾曼濾波器設計。采用此種硬件集成電路，在已知歷史量測的條件下，對目標的位置估計、速度等狀態的估計值與測量值之間誤差的方差進行最小化，并通過更新k時刻的狀態正確估計目標在k+1時刻的位置和速度等狀態矢量。本發明屬于數字集成電路設計和數字信號處理技術領域。

(二)背景技術

隨著微電子技術的發展和高速、超高速集成電路芯片的問世，使計算機技術不管是在容量上還是在速度上均有了非常大的提高。許多過去難以實時計算的問題也逐步迎刃而解。其中包含卡爾曼濾波算法的廣泛應用，就是一個明顯的例子。

卡爾曼濾波算法是一種最優化自回歸數據處理算法。在機動目標跟蹤中具有良好的性能，對于解決很大部分的問題，卡爾曼濾波算法是最佳估計并能進行遞推計算。它的廣泛應用已經超過30年，包括機器人導航，控制，傳感器數據融合甚至在軍事方面的雷達系統以及導彈追蹤等等。近年來更被應用于計算機圖像處理，例如頭臉識別，圖像分割，圖像邊緣檢測等等。

卡爾曼濾波，是一種線性最小方差估計，特點是考慮了系統的模型誤差和測量噪聲的統計特性。考慮帶L個傳感器的多傳感器系統，目標的運動模型和測量模型分別為：

x(k+1)＝Φx(k)+Gw(k)??????????????????(1)

z_i(k)＝H_ix(k)+v_i(k)，i＝1，2，...L????(2)

其中x(k)=x(t)x·(t)y(t)y·(t)z(t)z·(t)∈Rn,]]>為n維目標狀態變量；zi(k)∈Rmi,]]>為第i個傳感器的m維觀測向量，w(k)∈Rⁿ為n維過程噪聲向量，vi(k)∈Rmi]]>是m維測量噪聲向量，二者均是零均值的相互獨立白噪聲隨機向量序列，Φ為n×n維狀態轉移矩陣，G為噪聲分布矩陣，H_i為m×n維測量系數陣。