Verilog HDL下的卡尔曼滤波器设计与FPGA实现

本篇硕士学位论文深入探讨了如何基于Verilog HDL（硬件描述语言）设计卡尔曼滤波器。卡尔曼滤波器作为一种重要的数字信号处理算法，在现代信号处理系统中广泛应用，特别是在集成电路和微电子技术的支持下，其硬件实现显得尤为关键。作者张振娟，专业为软件工程，由李智群和陆国平两位导师指导，针对信号处理理论、VLSI技术和计算机技术的融合进行了研究。 论文首先概述了卡尔曼滤波器的基本理论，包括其递归算法的系统分析和数学模型构建，通过状态空间法推导出五个递推方程，这些方程是实现滤波器性能优化的基础。接着，作者利用MATLAB进行参数设定和计算，验证了这些递推方程在实际工程中的高效实现。 在硬件层面，论文着重研究了Verilog HDL在卡尔曼滤波器设计中的应用，关注二进制数的表示方法以及有限字长选择带来的舍位和溢出问题。为了确保滤波器在实际工程设计中的稳定性和精度，论文提出了合理的系数计算、量化策略，以及滤波器结构的选择。 FPGA（现场可编程门阵列）作为设计目标，作者遵循了FPGA设计的原则，选择合适的器件以实现卡尔曼滤波器的硬件实现。论文的实验部分通过分析不同观测噪声和过程噪声水平对滤波效果的影响，以及不同阶数（即迭代次数）的系统性能，证实了所设计的卡尔曼滤波器能够有效抑制噪声，其仿真结果与理论预测高度吻合。 关键词：卡尔曼滤波器、FPGA、Verilog HDL硬件描述语言、仿真、噪声控制。这篇论文不仅提供了理论分析，还展示了将卡尔曼滤波器的理论应用于实际工程设计的具体步骤和挑战，具有较高的实用价值和学术价值。