题目：基于FPGA的可重构卡尔曼滤波算法研究及应用验证

卡尔曼滤波自从被提出以来，已成为控制、信号处理与通信领域最基本、最重要的计算方法之一，并已成功地应用到航空、航天、工业过程等领域。

目前的卡尔曼滤波算法主要是在DSP中采用软件编程的方式运行，通过软件来不断调用已布局好的硬件资源完成运算，其运行速度受到了处理器现有硬件结构的限制。而随着动态系统所需量测信息的增多，需要卡尔曼滤波的维数增加从而导致了计算量急速增大，以软件的方式运行卡尔曼滤波难以满足实时性的要求。同时，卡尔曼滤波算法通常运行在较恶劣的环境中，极容易受到外界干扰或系统发生自身故障，这对其运行过程中的稳定性也提出了较高的要求。基于以上问题，本文围绕“基于FPGA的可重构卡尔曼滤波算法研究及应用验证”对以下内容进行了研究。

一、提出一种基于FPGA的卡尔曼滤波算法设计及实现方法。首先介绍滤波算法基本原理；其次提出基于FPGA的卡尔曼滤波算法设计方法并给出总体的框架；然后以经典卡尔曼滤波为例详细介绍该方法的内部原理与运行机制；最后以平方根滤波算法为例介绍该方法详细的设计步骤。

二、设计实现基于FPGA的动态重构方法。对动态重构方法进行研究，进而设计实现全局动态重构和局部动态重构技术，并将重构的实现理论与方法应用到滤波算法中形成可重构的卡尔曼滤波，提升系统整体的稳定性。同时，利用动态重构方法，可以在现有硬件电路基础上大幅提高芯片资源的利用率，从而间接减小系统体积并提高系统的集成性。

三、开发可重构卡尔曼滤波应用软硬件系统平台。将Virtex-5芯片为核心的FPGA硬件电路集成到内部，为卡尔曼滤波提供硬件运行环境；开发上位机验证演示系统，对滤波算法的运算结果与动态重构过程进行验证显示。该系统平台主要有一个显示区，两个操作面板和三个核心控制模块。

四、理论对比分析与应用验证。根据所开发的软硬件演示系统平台，对设计实现的基于FPGA的卡尔曼滤波算法与DSP实现方式进行对比，并从基本的硬件结构上进行分析，从而总结设计实现的基于FPGA卡尔曼滤波算法的优势与不足。进一步对基于FPGA的可重构卡尔曼滤波算法在组合导航中的应用进行验证演示，验证本文的滤波算法设计方法与动态重构实现方法。

根据以上四个方面的研究，本文提出了一种基于FPGA的卡尔曼滤波算法设计及实现方法，设计实现了基于FPGA的动态重构方法，并将重构的实现理论与方法应用到滤波算法中从而提高所设计的滤波算法的稳定性。进而开发可重构滤波算法软硬件系统平台，对滤波算法的运算结果与动态重构过程进行验证显示。最后，将FPGA和DSP两种实现方式的结果进行对比分析，并以卡尔曼滤波算法在组合导航中的应用为例进行验证演示。