一种面向机器人EKF-SLAM算法的加速方法技术

一种面向机器人EKF‑SLAM算法的加速方法，属于面向机器人环境地图构建及定位基础的EKF‑SLAM算法加速领域。解决了现有EKF‑SLAM算法运算速度慢的问题。本发明专利技术加速方法是基于FPGA实现的，通过FPGA对EKF‑SLAM算法中的矩阵(Z·K

【技术实现步骤摘要】
一种面向机器人EKF-SLAM算法的加速方法
本专利技术属于面向机器人环境地图构建及定位基础的EKF-SLAM算法加速领域，特别涉及一种借助现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray，FPGA)实现EKF-SLAM算法硬件加速的方法。
技术介绍
面向机器人环境地图构建及定位的基础是采用EKF-SLAM算法实现，而对于EKF-SLAM算法，其过程可分为两个部分：预测循环：更新循环：式中，表示状态向量的先验；f表示状态方程；表示状态向量的后验；uk表示输入的控制向量；表示协方差矩阵的先验；F表示状态方程对状态向量的偏导数；表示协方差矩阵的后验；Rk表示状态向量噪声的协方差矩阵；Z表示新息协方差矩阵；H表示观测方程对状态向量的偏导数；Qk表示观测向量噪声的协方差矩阵；K表示卡尔曼增益矩阵；zk表示观测向量；h表示观测方程；研究表明：更新循环的最后一个公式中(Z·KT)T·KT占EKF-SLAM算法中所有方程所用时间的64本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向机器人EKF-SLAM算法的加速方法，其特征在于，该加速方法是基于FPGA实现的，通过FPGA对EKF-SLAM算法中的矩阵(Z·K

【技术特征摘要】
1.一种面向机器人EKF-SLAM算法的加速方法，其特征在于，该加速方法是基于FPGA实现的，通过FPGA对EKF-SLAM算法中的矩阵(Z·KT)T·KT进行并行运算，从而实现对EKF-SLAM算法的加速；
其中，矩阵Z的维数为2×2，矩阵K的维数为n×2，n为整数。


2.根据权利要求1所述的一种面向机器人EKF-SLAM算法的加速方法，其特征在于，加速方法的具体过程为：
步骤一、将机器人DDR内存中矩阵K的转置KT划分成M个2×2的1号块矩阵，按照划分的次序分别定义为第一至第M个1号块矩阵，其中，DDR内存中还存储有矩阵Z，M为整数，n＝2M；
步骤二、FPGA从DDR内存中依次调取第一至第M个1号块矩阵和矩阵Z，并进行存储；按照M个1号块矩阵的调取顺序，使矩阵Z分别与KT中M个1号块矩阵相乘，从而获得矩阵Z·KT；
其中，矩阵Z与任意一个1号块矩阵相乘的实现方式为：矩阵Z中的4个元素以并行运算的方式，与所述任意一个1号块矩阵中的4个元素进行乘法运算；
步骤三、对矩阵Z·KT进行转置，获得矩阵(Z·KT)T，并将矩阵(Z·KT)T划分成M个2×2的2号块矩阵，按照划分的次序分别定义为第一至第M个2号块矩阵；
步骤四、使矩阵(Z·KT)T中第一至第M个2号块矩阵分别与KT中的第一至第M个1号块矩阵相乘，从而获得矩阵(Z·KT)T·KT，完成对EKF-SLAM算法的加速；
其中，M个2号块矩阵中任意的一个2号块矩阵与相应的1号块矩阵相乘的实现方式为：任意的一个2号块矩阵中的4个元素以并行运算的方式，与相应的1号块矩阵中的4个元素进行乘法运算。


3.根据权利要求1所述的一种面向机器人EKF-SLAM算法的加速方法，其特征在于，FPGA与机器人DDR内存之间通过AXI协议的接口模块进行通信。


4.根据权利要求1所述的一种面向机器人EKF-SLAM算法的加速方法，其特征在于，FPGA包括8个...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珂，包敏杰，李瑞峰，赵立军，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23