[发明专利]一种基于FPGA的粒子滤波权值处理及重采样方法

权利要求书

1.一种基于FPGA的粒子滤波权值处理及重采样方法，其特征在于以下两个步骤：

1）  粒子权值排序的并行处理：

在粒子滤波算法中，选取粒子数M为偶数，计算粒子特征与目标特征之间的巴式距离作为权值；得到各个粒子的权值之后，不进行权值归一化操作，而是对粒子权值进行排序；粒子权值排序算法的基本方式如下:

排序算法要求粒子权值依次从大到小排列，硬件排序算法包含两个排序状态机，状态1和状态2：状态1中，序号为奇数的粒子与序号比其小一位偶数位粒子用比较器进行比较，若奇数位粒子权值小于偶数位粒子权值，则两个粒子的权值及位置信息进行交换，若奇数位粒子权值大于等于偶数位粒子权值，则无操作；状态2中，首粒子与末尾粒子单独进行比较交换，序号为偶数的粒子与序号比其小一位的奇数位粒子进行比较交换，若偶数位粒子权值小于奇数位粒子权值，则两个粒子的权值及位置信息进行交换，若偶数位粒子权值大于等于奇数位粒子权值，则无操作；一个时钟周期执行一个状态，状态1、状态2交替执行，直到粒子序列按照权值大小有序排列；2)        根据粒子权值分布的自适应重采样：

通过排序算法得到粒子权值序列，按照权值大小从大到小排列，设位于1/8序列处的粒子权值为高阈值N_h，设位于5/8序列处的粒子权值设为低阈值N_l；粒子权值高于N_h的为大权值粒子，权值介于N_h与N_l之间的为中权值粒子，大权值粒子与中权值粒子在重采样过程中权值和位置信息保持不变；粒子权值小于N_l的为小权值粒子，其在重采样过程中被淘汰，由大权值粒子复制(M/4-1)次代替。

2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的粒子滤波权值处理及重采样方法，其特征在于：所述权值排序的并行处理中，包括两个状态机，含有M/2个比较器及控制器；所述比较器连接相邻粒子权值，对其大小进行比较；所述控制器连接比较器，根据比较器结果对两个粒子的权值与位置信息进行交换；所述粒子权值排序算法由于使用硬件系统的并行设计，使得每个周期可进行M/2次比较及交换操作，而较于传统PC排序算法的单周期仅有一次比较及交换操作，提高了排序操作效率。

3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的粒子滤波权值处理及重采样方法，其特征在于：所述根据权值分布的自适应重采样的操作过程中，包括一个N_h阈值寄存器_，一个N_l阈值寄存器和一个FIFO缓存器；所述N_h寄存器和N_l寄存器分别连接已排序的粒子权值序列，序号为M/8和5M/8的粒子权值；所述FIFO缓存器设置有FIFOIN端口和FIFOOUT端口；所述FIFOIN端口连接大权值粒子寄存器，FIFOOUT端口连接小权值粒子寄存器以及FIFOIN；所述大权值粒子与中权值粒子在重采样过程中得以保留，增加粒子样本的多样性。

4.根据权利要求1的一种基于FPGA的粒子滤波权值处理及重采样方法，其特征在于：所述小权值粒子淘汰过程中，大权值粒子的权值和位置信息输入到FIFO缓存器中，通过FIFOOUT一路输出替换小权值粒子的权值，另一路输回到FIFO缓存器，实现复制大权值粒子的功能。

5.根据权利要求1的一种基于FPGA的粒子滤波权值处理及重采样方法，其特征在于：所述根据权值分布的自适应重采样中，阈值根据粒子权值的排序分布来确定，而不是事先预置。