一种用于SLAM的IMU状态优化加速器设计

作     者：刘强 刘威壮 俞波 刘少山 LIU Qiang;LIU Weizhuang;YU Bo;LIU Shaoshan

作者机构：天津大学微电子学院天津300072 天津市成像与感知微电子技术重点实验室天津300072 深圳普思英察科技有限公司深圳518000 

基　　金：国家自然科学基金(61974102) 

出 版 物：《北京航空航天大学学报》 (Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics)

年 卷 期：2023年第49卷第5期

页      码：1027-1035页

摘      要：自主定位是移动机器人实现完全自主移动的基础,其中的关键技术同步定位与建图(SLAM)备受关注。惯性测量单元(IMU)因具有不受外界环境影响的优势广泛应用在SLAM系统中。SLAM后端使用非线性优化方法优化IMU的状态,实际应用中存在实时性差、能耗高的问题。为此,在现场可编程门阵列(FPGA)平台上设计了用于IMU状态优化的加速器。分析算法的数据流程实现电路和数据复用,充分利用算法特有的稀疏特性实现计算简化和存储压缩,同时对于计算量最大的解方程步骤,硬件电路采用可配置设计,通过改变该电路模块的配置使加速器实现性能、功耗和资源使用的折中,满足不同场景的要求。在Xilinx ZC706平台上的实验结果表明:相比于Intel i5-8250U和Arm Cortex-A57处理器,所设计的加速器应用于高性能场景的电路时,可以达到26.7倍和87倍的加速效果;应用于低功耗场景的电路时,加速效果分别为17.4倍和53.7倍;不同配置的电路均可节约能耗90%以上。

主 题 词：现场可编程门阵列 惯性测量单元 非线性优化 同步定位与建图 硬件加速器 

学科分类：08[工学] 0804[工学-材料学] 0811[工学-水利类] 081201[081201] 0812[工学-测绘类] 

核心收录：

D　O　I：10.13700/j.bh.1001-5965.2021.0382

馆 藏 号：203122140...