一种伯努利粒子滤波器的FPGA实现

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作者 连红飞 李东升 +3 位作者 蒋彦雯 范红旗 肖怀铁 王国嫣 《系统工程与电子技术》 北大核心 2025年第2期398-405,共8页

针对伯努利粒子滤波器在嵌入式应用环境中的高速、高效计算问题,以雷达微弱目标联合检测估计伯努利粒子滤波器为例,提出一种功能模块化、粒子规模可扩展的现场可编程门阵列(field programmable gate array, FPGA)实现架构,并通过粒子状... 针对伯努利粒子滤波器在嵌入式应用环境中的高速、高效计算问题,以雷达微弱目标联合检测估计伯努利粒子滤波器为例,提出一种功能模块化、粒子规模可扩展的现场可编程门阵列(field programmable gate array, FPGA)实现架构,并通过粒子状态流水计算、分层累加求和、并行化重采样等手段进一步提高滤波计算速度。Xilinx ZC706评估板板载测试实验证明了所提架构良好的可扩展性和优异的加速比,当粒子数量为1 024时,相较于Intel Corei3-4130 CPU计算环境下的加速比约为10~4量级,该结果对伯努利粒子滤波技术在雷达、机器人、导航制导等领域的应用具有重要参考价值。 展开更多

关键词 伯努利粒子滤波器 现场可编程门阵列 实时信号处理 流水并行化 重采样 联合检测估计

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分布式并行粒子滤波算法结构分析与研究 被引量：6

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作者 王丹玲 贾笑捷 +1 位作者 王京玲 张勤 《计算机工程与设计》 CSCD 北大核心 2009年第6期1444-1445,1558,共3页

粒子滤波器是解决非线性/非高斯系统状态估计的有效技术,广泛应用于目标跟踪、无线通信、自动控制等领域。但因其计算复杂、计算量庞大等缺陷,无法满足实时系统的应用需求。针对粒子滤波器计算量大、实时性差的问题,提出了一种基于MPI... 粒子滤波器是解决非线性/非高斯系统状态估计的有效技术,广泛应用于目标跟踪、无线通信、自动控制等领域。但因其计算复杂、计算量庞大等缺陷,无法满足实时系统的应用需求。针对粒子滤波器计算量大、实时性差的问题,提出了一种基于MPI的分布式并行粒子滤波算法,给出了Master-Slave并行模式下任务分配、数据划分与负载平衡策略。实验结果表明,若忽略通信代价,加速比基本呈线性增长。 展开更多

关键词 MONTECARLO 粒子滤波器 分布式并行算法 MPI MASTER-SLAVE

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基于多核的并行粒子滤波运动目标跟踪 被引量：4

3

作者 王爱侠 李晶皎 +1 位作者 王青 王骄 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2012年第8期296-299,共4页

粒子滤波中大量的粒子计算使得算法的实时性较差。由于粒子滤波本身具有可并行化的特点,因此利用OpenMP多线程库派生出多个线程,将算法过程由单线程串行执行转变为多线程并行执行。用多核并行计算技术实现粒子滤波运动目标的跟踪。实验... 粒子滤波中大量的粒子计算使得算法的实时性较差。由于粒子滤波本身具有可并行化的特点,因此利用OpenMP多线程库派生出多个线程,将算法过程由单线程串行执行转变为多线程并行执行。用多核并行计算技术实现粒子滤波运动目标的跟踪。实验结果表明:基于多核的并行计算技术提高了粒子滤波算法的计算效率。 展开更多

关键词 多核 并行计算 粒子滤波

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基于嵌入式多核DSP系统的并行粒子滤波目标跟踪(英文) 被引量：4

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作者 田立 周付根 孟偲 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第7期2354-2361,共8页

目标跟踪中的伺服系统需要极低的跟踪延时,由于粒子滤波跟踪算法固有的庞大计算量使得目标跟踪的精度大受影响。提出了一种粒子滤波跟踪算法在多核DSP系统中的快速实现方法。首先,利用DSP片上的包加速器来降低以太网相机的采集延时以及... 目标跟踪中的伺服系统需要极低的跟踪延时,由于粒子滤波跟踪算法固有的庞大计算量使得目标跟踪的精度大受影响。提出了一种粒子滤波跟踪算法在多核DSP系统中的快速实现方法。首先,利用DSP片上的包加速器来降低以太网相机的采集延时以及CPU占用率,CPU占用率从31%降低到10%;其次,通过手动操作高速缓存的刷新和实效,解决了多核同时共享图像数据带来的存储器一致性问题,多个核能通过高速缓存快速获取图像数据;最后,通过在多核核心上设置代理任务的方法,建立了一种多核并行计算的机制。粒子滤波算法中计算复杂度高的运算阶段被分配到多个核心上同时运算,实现了算法的低延时。实验结果显示8核加速比达到7倍以上,优于开放多处理标准OpenMP的并行优化效果。 展开更多

关键词 粒子滤波 目标跟踪 多核DSP 并行计算

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并行高斯粒子滤波器结构分析和实现

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作者 魏星 王玲 《计算机工程与科学》 CSCD 2007年第3期128-130,共3页

本文针对粒子滤波器计算量大、实时性差的问题分析了高斯粒子滤波的并行结构,并以一个简单实例为背景介绍了高斯粒子滤波器在集群计算机上的应用实现。

关键词 高斯粒子滤波器 并行算法 并行结构 集群计算机系统

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实时粒子滤波跟踪算法及其实现 被引量：6

6

作者 王丹玲 鲁永泉 +1 位作者 贾笑捷 张勤 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第18期5651-5655,共5页

针对粒子滤波跟踪算法在视频跟踪中存在的计算复杂、计算量庞大,无法满足实时系统的应用需求,提出了实时粒子滤波跟踪算法。利用粒子滤波器潜在的数据并发特征,在集群环境下,设计并实现了分布式并行粒子滤波跟踪算法,给出了主从模式下... 针对粒子滤波跟踪算法在视频跟踪中存在的计算复杂、计算量庞大,无法满足实时系统的应用需求,提出了实时粒子滤波跟踪算法。利用粒子滤波器潜在的数据并发特征,在集群环境下,设计并实现了分布式并行粒子滤波跟踪算法,给出了主从模式下的算法设计、数据划分、负载平衡及通信策略。实验结果表明,随着粒子数增加,计算量以幂指数增大,并行跟踪算法的执行时间明显减少,有效地提高了跟踪精度、降低计算时间,能够满足硬实时系统的时间约束。 展开更多

关键词 MONTE Carlo 粒子滤波跟踪算法 分布式并行算法 MPI

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传感器网络中的分布式粒子滤波被动跟踪算法比较研究 被引量：8

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作者 邹冈 石章松 刘忠 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第6期1344-1348,共5页

为提高无线传感器网络(WSN)中的被动跟踪性能,并减少通信量,提出了两种分布式粒子滤波方法.在使用动态分簇结构的基础上,采用信息粒子滤波器(IPF)技术,以簇头作为簇的处理中心,接收来自子节点的观测量,形成本地估计,再将并行粒子滤波器(... 为提高无线传感器网络(WSN)中的被动跟踪性能,并减少通信量,提出了两种分布式粒子滤波方法.在使用动态分簇结构的基础上,采用信息粒子滤波器(IPF)技术,以簇头作为簇的处理中心,接收来自子节点的观测量,形成本地估计,再将并行粒子滤波器(PPF)将粒子集被分成多个小的子集,分配到簇中的各子节点,完成并行进行粒子滤波过程.在通过计算机仿真的基础上,进行了跟踪和能耗的对比分析研究,结果表明IPF和PPF不仅提高了跟踪精度,而且减少了WSN中的通信能量开销. 展开更多

关键词 传感器网络 粒子滤波 并行处理

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融合目标特征和空间信息的粒子滤波跟踪 被引量：4

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作者 胡闽 刘纯平 +1 位作者 龚声蓉 黄蔚 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2011年第4期191-194,共4页

传统的基于颜色直方图的粒子滤波跟踪算法不能很好地利用跟踪对象的空间结构信息,因此在邻域颜色相似或目标模型微小变化时,不能取得良好的跟踪效果。提出一种融合目标特征和目标空间位置信息的粒子滤波跟踪算法,该算法鉴于目标空间位... 传统的基于颜色直方图的粒子滤波跟踪算法不能很好地利用跟踪对象的空间结构信息,因此在邻域颜色相似或目标模型微小变化时,不能取得良好的跟踪效果。提出一种融合目标特征和目标空间位置信息的粒子滤波跟踪算法,该算法鉴于目标空间位置包含跟踪对象一定的结构信息,可以和目标特征互为补充,利用定义的融合目标特征和目标空间位置的度量函数来进行跟踪对象相似度度量,以提高跟踪算法的稳健性和精确性。同时针对粒子滤波计算粒子相似度时可并行的特点,运用OpenMP共享存储并行计算进行粒子滤波跟踪的加速。实验表明,基于融合目标特征和空间信息的粒子滤波跟踪算法能得到更鲁棒的跟踪效果,可以有效地提高目标跟踪的速度。 展开更多

关键词 信息融合 目标跟踪 粒子滤波 并行计算

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GPU加速的差分进化粒子滤波算法 被引量：4

9

作者 曹洁 黄开杰 王进花 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2018年第7期1965-1969,共5页

为了解决实时系统中粒子滤波的计算复杂性问题,提出了一种零bank冲突并行规约的差分进化粒子滤波方法。该方法首先分析了并行差分进化粒子滤波算法在GPU中的内存访问模式,根据粒子滤波器的均方根误差与内存访问bank(存储体)冲突度成正... 为了解决实时系统中粒子滤波的计算复杂性问题,提出了一种零bank冲突并行规约的差分进化粒子滤波方法。该方法首先分析了并行差分进化粒子滤波算法在GPU中的内存访问模式,根据粒子滤波器的均方根误差与内存访问bank(存储体)冲突度成正比的关系,提出了一种去除bank冲突的有填充寻址的差分进化粒子滤波算法,降低了计算复杂度。将该算法在NVIDIA GTX960 GPU中实现,与串行差分进化粒子滤波算法进行比较。实验表明,随着粒子数增加,计算量以指数增加,采用GPU加速的跟踪算法的执行时间明显减少,有效提高了跟踪精度,降低了计算时间。 展开更多

关键词 GPU 粒子滤波 差分进化 并行规约 零内存访问冲突

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基于Beowulf机群中改进粒子滤波的3D人体运动跟踪 被引量：4

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作者 李敏 宋曰聪 +1 位作者 吴斌 彭保 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2015年第14期17-22,77,共7页

针对标准的粒子滤波算法在视频三维人体运动跟踪中存在的计算量巨大、粒子退化、跟踪失效而无法同时满足跟踪精度和跟踪实时性要求的问题,提出了基于Beowulf机群中改进的粒子滤波新算法。新算法通过三维人体模型参数的自动初始化、粒子... 针对标准的粒子滤波算法在视频三维人体运动跟踪中存在的计算量巨大、粒子退化、跟踪失效而无法同时满足跟踪精度和跟踪实时性要求的问题,提出了基于Beowulf机群中改进的粒子滤波新算法。新算法通过三维人体模型参数的自动初始化、粒子数目和模板的调整来实现跟踪失效的自动恢复,基于任务动态分配策略、低开销通信策略设计的Beowulf机群中的迁移式粒子滤波并行算法克服了粒子退化问题和提高了计算速度。实验结果显示:新方法有效地减轻了粒子退化和跟踪失效问题,降低了计算时间,提高了跟踪精度,能够同时满足三维人体运动跟踪精度和实时性的要求。 展开更多

关键词 Beowulf机群系统 三维人体运动跟踪 迁移式粒子滤波并行算法 模板与粒子数目调整 人体模型参数自动初始化 跟踪失效的自动恢复方法

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基于动态分簇路由优化和分布式粒子滤波的传感器网络目标跟踪方法 被引量：4

11

作者 蒋鹏 宋华华 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第9期2187-2193,共7页

针对无线传感器网络中节点通信能力及能量有限的情况,该文提出基于动态分簇路由优化和分布式粒子滤波的传感器网络目标跟踪方法。该方法以动态分簇的方式将监测区域内随机部署的传感器节点划分为若干个簇,并对簇内成员节点与簇首节点之... 针对无线传感器网络中节点通信能力及能量有限的情况,该文提出基于动态分簇路由优化和分布式粒子滤波的传感器网络目标跟踪方法。该方法以动态分簇的方式将监测区域内随机部署的传感器节点划分为若干个簇,并对簇内成员节点与簇首节点之间、簇首节点与基站之间的通信路由进行优化,确保网络能耗的均衡分布,在此基础上,被激活的簇内成员节点并行地执行分布式粒子滤波算法实现目标跟踪。仿真结果表明,该方法能有效地降低传感器网络中节点的总能耗,能在实现跟踪的同时保证目标跟踪的精度。 展开更多

关键词 无线传感器网络 动态分簇 路由优化 粒子滤波 分布式并行

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一种新颖的基于颜色信息的粒子滤波器跟踪算法 被引量：21

12

作者 李培华 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第12期2454-2463,共10页

传统的基于直方图的粒子滤波器算法常常需要在准确表达颜色分布和计算效率之间做出妥协,从而影响跟踪算法的性能甚至导致跟踪算法失败.针对这一问题,文中提出一种新颖的基于颜色信息的粒子滤波器跟踪算法.该算法采用自适应剖分颜色空间... 传统的基于直方图的粒子滤波器算法常常需要在准确表达颜色分布和计算效率之间做出妥协,从而影响跟踪算法的性能甚至导致跟踪算法失败.针对这一问题,文中提出一种新颖的基于颜色信息的粒子滤波器跟踪算法.该算法采用自适应剖分颜色空间的概率模型,能够用较少的子空间准确地表达目标的颜色分布.文中进一步提出一种推广的积分图像,通过在该积分图像上进行数组索引操作得到每一个子空间的像素数目、均值向量和协方差矩阵,从而能够快速地计算出颜色模型.然而在CPU上计算积分图像十分耗时,为此文中提出一种基于GPU的并行算法快速计算积分图像.该并行算法在显卡的GPU上创建3个线程网格,分别顺序执行3个Kernel函数,依次完成创建原始积分图像以及对它的行和列执行前缀求和算法的任务.同传统的基于直方图的粒子滤波器算法相比,新算法每帧平均跟踪时间显著减少,同时跟踪准确性和鲁棒性都有较大提高. 展开更多

关键词 目标跟踪 粒子滤波器 颜色模型 积分图像 并行算法

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基于水声模型多层次并行计算的匹配反演典型应用研究 被引量：1

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作者 马树青 蓝强 +2 位作者 朱勋江 邱伟 颜冰 《声学技术》 CSCD 北大核心 2023年第5期588-593,共6页

海洋环境参数的时变特性给海洋环境参数进行直接测量带来了很多挑战,目前主流的方法是通过反演获得海洋环境参数。粒子滤波是一种重要的匹配反演方法。该方法基于贝叶斯定理,通过对海洋环境参数充分采样,能够较精确地计算出环境参数的... 海洋环境参数的时变特性给海洋环境参数进行直接测量带来了很多挑战,目前主流的方法是通过反演获得海洋环境参数。粒子滤波是一种重要的匹配反演方法。该方法基于贝叶斯定理,通过对海洋环境参数充分采样,能够较精确地计算出环境参数的后验概率,从而取得较好的反演性能。然而粒子滤波匹配反演方法随着粒子数的增大,计算量也急剧增大,为此,文章提出了基于水声模型的多层次并行方法,能够将粒子滤波算法高效映射到多核集群的硬件体系结构中。最后在天河2号超级计算平台进行了粒子滤波算法的并行性能测试,在单节点多核并行测试中取得了87.5%的并行效率,在多节点强扩展测试中,粒子数达到12288个,在128个计算节点中取得了近110倍的加速性能。 展开更多

关键词 海洋环境参数 匹配反演 粒子滤波 贝叶斯定理 多层次并行 天河2号 并行效率

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共享存储并行多目标跟踪 被引量：1

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作者 王孝刚 吴晓娟 +1 位作者 周鑫 张小燕 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2008年第9期2303-2305,共3页

高度的运算复杂性制约了粒子滤波在实际的多目标视频跟踪系统中的应用。为克服性能瓶颈,探索了一种基于OpenMP共享存储并行编程模型的粗粒度并行多目标跟踪系统的实现方法。在共享变量中维护被跟踪目标的列表,每一个目标用一个独立的粒... 高度的运算复杂性制约了粒子滤波在实际的多目标视频跟踪系统中的应用。为克服性能瓶颈,探索了一种基于OpenMP共享存储并行编程模型的粗粒度并行多目标跟踪系统的实现方法。在共享变量中维护被跟踪目标的列表,每一个目标用一个独立的粒子滤波器进行跟踪。根据处理单元的数目确定线程数量和每个线程跟踪的目标数量。与对应的串行版本相比,该并行系统将可实时跟踪的目标数目由2个增加到了8个,具有更大的实用价值。 展开更多

关键词 多目标跟踪 粒子滤波 共享存储并行编程

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基于粒子群算法的FBG传感系统数据采集速率优化

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作者 张慧 盛文娟 +1 位作者 杨宁 黄伟 《光通信技术》 北大核心 2017年第9期45-48,共4页

首先介绍了光纤光栅(FBG)远程传感系统的组成及解调方法。针对FBG传感系统在远程设置零点时,数据处理速率波动引起的数据采集速率与数据处理速率不匹配问题,提出引入粒子群(PSO)算法实时在线优化光谱扫描速率,使动态传感系统持续处于系... 首先介绍了光纤光栅(FBG)远程传感系统的组成及解调方法。针对FBG传感系统在远程设置零点时,数据处理速率波动引起的数据采集速率与数据处理速率不匹配问题,提出引入粒子群(PSO)算法实时在线优化光谱扫描速率,使动态传感系统持续处于系统可能达到的最高数据采集速率,降低传感系统测量精度。最后通过实验平台验证了该算法的有效性。 展开更多

关键词 FBG传感 可调谐法布里-珀罗滤波器 粒子群算法 光谱扫描速率 并行处理

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时间异步无线传感器网络的分布式目标跟踪 被引量：3

16

作者 万江文 薛皓 +1 位作者 于宁 陈斌 《高技术通讯》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第10期1026-1030,共5页

为了降低无线传感器网络在目标跟踪过程中的网络能耗,提出了一种时间异步条件下的分布式目标跟踪方法。首先,依据节点到目标的距离进行动态成簇,以跟踪簇为时间的计算单元,由簇头完成簇内跟踪时间计算及簇间贯序传递,然后引入并行粒子滤... 为了降低无线传感器网络在目标跟踪过程中的网络能耗,提出了一种时间异步条件下的分布式目标跟踪方法。首先,依据节点到目标的距离进行动态成簇,以跟踪簇为时间的计算单元,由簇头完成簇内跟踪时间计算及簇间贯序传递,然后引入并行粒子滤波(PPF)算法将粒子集分为多个子集,在子节点处并行采样、计算权重和重采样,最后,簇头节点收集各子节点上传的结果并完成目标的局部状态估计。仿真结果表明,PPF算法具有较好的跟踪精度,且相比于集中式粒子滤波(CPF)算法,可降低约38%的通信量。 展开更多

关键词 无线传感器网络(WSN) 目标跟踪 时间异步 并行粒子滤波(ppf)

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基于GPU的BBPSO-PF算法及其在故障检测中的应用

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作者 曹洁 胡文东 +2 位作者 王进花 余萍 赵伟吉 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2021年第5期157-160,共4页

针对粒子滤波算法在重采样环节出现粒子贫乏导致算法精度不高的问题,通常采用在状态估计过程中增加粒子数量,但这种方法会降低算法实时性,提出了基于图形处理单元(GPU)的骨干粒子群算法优化粒子滤波算法。首先利用骨干粒子群算法优化粒... 针对粒子滤波算法在重采样环节出现粒子贫乏导致算法精度不高的问题,通常采用在状态估计过程中增加粒子数量,但这种方法会降低算法实时性,提出了基于图形处理单元(GPU)的骨干粒子群算法优化粒子滤波算法。首先利用骨干粒子群算法优化粒子滤波重采样,解决了粒子贫化的缺点。利用骨干粒子群算法中粒子群体之间相互独立运行的特点,在GPU上并行实现骨干粒子群优化的粒子滤波算法,解决粒子滤波算法在重采样过程中因数据关联而无法充分并行计算的问题。最后,将其应用到变桨距系统的故障检测中,提高故障检测的准确度和实时性。实验结果表明:该方法相较于随机重采样的粒子滤波算法误差降低了31.2%,实时性提高了82.7%。 展开更多

关键词 重采样 并行计算 粒子滤波 骨干粒子群优化算法 实时性

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