[发明专利]一种基于FPGA的粒子滤波权值处理及重采样方法

摘要

本发明提出一种基于FPGA的粒子滤波权值处理及重采样方法。其优势在于：一方面，抛弃了权值归一化过程，将权值进行并行化排序处理，M/2个比较器及控制器能在一个周期内对所有粒子进行比较和交换操作，提高排序算法的比较交换效率。另一方面，重采样部分的阈值根据权值的排列分布设定，通过N_h，N_l确定大权值粒子，中权值粒子和小权值粒子，而不是预置阈值。大权值粒子与中权值粒子在重采样过程中保留，小权值粒子淘汰，大权值粒子的权值和位置信息被输入到FIFO中，通过FIFOOUT一路输出替换小权值粒子寄存器的权值，另一路输回到FIFO，实现复制大权值粒子的功能。本发明保证了目标位置计算的准确性，粒子样本的多样性以及硬件环境下粒子替换的高效性。

主权项

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。