[发明专利]一种基于现场可编程门阵列的卡尔曼滤波器

摘要

本发明一种基于现场可编程门阵列的卡尔曼滤波器，它是一个硬件集成电路，该电路主要由六个模块组成，它们是：模块fc1，用来完成最佳滤波值计算；模块fc2，计算一步状态预测值；模块fc3，实现滤波增益值的计算；模块fc4，完成预测误差方差的计算；模块fc5，完成滤波误差方差的计算；状态控制模块，控制整个增益计算回路和滤波计算回路的时序和状态跳转。这六个模块的连接方式是按照端口直接的线连接。信号在各模块中由状态控制模块控制顺序处理，不需要加入其他先入先出模块(FIFO)等。卡尔曼滤波器的硬件集成电路算法成熟，结构简单，易于实现。由于其配置灵活、资源消耗小，可以在航空航天，空间探测器、车载导航系统、电力电机检测系统等设备上广泛使用。

主权项

1、一种基于现场可编程门阵列的卡尔曼滤波器，它是一个硬件集成电路，其特征在于：该电路主要由六个模块组成，它们是：模块fc1，用来完成最佳滤波值计算；模块fc2，计算一步状态预测值；模块fc3，实现滤波增益值的计算；模块fc4，完成预测误差方差的计算；模块fc5，完成滤波误差方差的计算；状态控制模块，控制整个增益计算回路和滤波计算回路的时序和状态跳转；这六个模块的连接方式是按照端口直接的线连接，信号在各模块中由状态控制模块控制顺序处理，不需要加入其他先入先出模块即FIFO；其信号走向是如下：Step1：在READY状态，给所有参量赋初值，同时初始化所有模块，在valid脉冲上升沿读取上位机采样信号y，送进模块fc4等待下一个状态的触发信号；Step2：当状态s_1的s_1_compute触发信号上升沿来临，进入s_1状态，计算模块fc4和fc2；Step3：当s_2_compute的信号上升沿来临，完成状态s_2的模块fc5的计算；Step4：当s_3_compute的信号来临，对比P_11和P_21新值和寄存器寄存的两旧值，当它们的差为一个设定小量的值或以下时，则满足判断条件，跳转至状态s_4，否则跳转至状态s_5，重新递归计算新的P_11和P_21值，直到递归到一个稳定的值；Step5：由s_6_compute信号控制，根据稳定的k1、k2值计算一次x1和x2并输出，同时跳转到状态s_7；Step6：计算x1、x2完成后，发出REQUEST信号，重新读取上位机新的采样信号y，跳转至s_1状态。