[發明專利]基于FPGA的裂變自舉粒子濾波算法的硬件實現方法

無效

• 申請號: 201110308098.3
• 申請日: 2011-10-11
• 公開（公告）號: CN102542149A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 朱志宇;李陽;張冰;薄超;王建華;伍雪冬;趙強;萬振剛;楊官校
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

1.一種基于FPGA的裂變自舉粒子濾波算法的硬件實現方法，其特征在于由采樣、權值計算和求和、權值銳化檢測、重采樣、輸出結果、高斯信號發生器、只讀ROM和檢測控制八個單元組成；其中高斯信號發生器用來產生高斯白噪聲來初始化粒子和粒子裂變；采用采樣單元完成粒子的初始化和更新；采用檢測控制單元控制采樣單元、權值計算和求和單元和輸出單元；權值計算和求和模塊主要用于計算粒子的權值和計算權值和；權值銳化檢測單元主要用來檢測權值銳化程度，如果權值銳化嚴重則對粒子進行裂變處理，進行裂變處理以后就直接進入采樣單元，如果權值銳化程度較弱則進入重采樣單元；采用重采樣單元進行重采樣，首先按粒子權值從大到小進行排列，將大權值的粒子進行裂變，然后覆蓋后面小權值的十個粒子，完成重采樣后將粒子送入采樣單元進行更新。

2.根據權利要求1所述的基于FPGA的裂變自舉粒子濾波算法的硬件實現方法，其特征在于所述高斯信號發生器由均勻隨機數發生模塊、地址產生模塊、雙端口RAM、正交轉換模塊和平方和修正模塊組成：

(1)均勻隨機數發生模塊

均勻隨機數發生模塊首先對三個隨機數進行異或運算，然后利用三個線性反饋移位寄存器(LFSR)對三個隨機數的異或運算結果進行移位，從而得到隨機序列，輸出的均勻隨機變量其中s_i(i＝1，2，3)分別為三個LFSR的輸出，且都是32bit的無符號數，常數m_i、n_i、k_i、w_i可由Tausworthe算法計算獲得，其中s₁，s₂，s₃初始值為整數，應滿足s₁≥2，s₂≥8，s₃≥16；

(2)地址產生模塊

本發明中每次輸出四個高斯白噪聲信號，因此正交變換每次需要四個變量，于是地址產生模塊在每個時鐘周期必須提供四個獨立的地址，分別為p、q、r、s；存儲到雙端口RAM中的數據長度是1024，所以選擇地址長度為10bit，具體算法如下：

①三個10bit變量，first，second和third，并分別按下式計算：

first＝s[31:22]；second＝{s[21:13]，1’b1}；third＝s[12:3]。

其中first，second和third是3個10bit初始變量，s表示均勻運算；

②四個地址變量可通過下式計算得到：q=(first+second)⊕third;]]>r=(first+second×2)⊕third;]]>s=(first+second×3)⊕third;]]>其中first，second和third是3個10bit初始變量，p、q、r、s表示由上述運算得到的四個地址；

(3)雙端口RAM

選用兩塊這樣的雙輸入雙輸出可讀寫式塊狀雙端口RAM；雙端口RAM中的數據是通過Matlab生成的1024個服從標準正態分布的隨機數，且通過歸一化使其平方和為1，此數據是在IP核生成雙輸入雙輸出可讀寫式塊狀雙端口RAM時預先存入雙端口RAM中；

(4)正交轉換模塊

本模塊實現正交變換Y＝A_iX(i＝1，2，3，4)，減少高斯隨機數變量之間的相關性，其中X＝(x₁+x₂+x₃+x₄)/2，變量x₁，x₂，x₃，x₄服從N(0，1)的；

A1=1211-111-1111-1-1-1-1-1-11,]]>A2=121-1-1-11-11111-11-1-1-11,]]>

A3=121-111-1-11-1-1-1-11-1111,]]>A4=12-11-1-1-1-11-1-1111111-1;]]>

(5)平方和修正模塊

根據Wallace算法，對正交變換產生的歸一化高斯變量進行平方和修正，從而得到需要的高斯白噪聲。