概述
本文对上文的卡尔曼滤波知识进行些许补充,并简单说明扩展卡尔曼的知识及用法。
正文
对卡尔曼滤波的补充
卡尔曼是一种多数据递归融合算法,同时也可以理解为一个权重在变化的低通滤波器。
其思想公式为:
所以,递归次数越多,测量值的作用越小,其估计值越接近真实值。如下例子:
假设A的真实值为50,经过上述公式计算后,结果波形如下:
所谓的数据融合,其实就是通过计算增益值K使得测量值的方差最小,使得数据为最优解。
使用卡尔曼滤波器的步骤:
(1)建立系统的状态空间方程和测量方程
例如:二维的位置P、速度V恒定速度系统,测量值为P,无控制量
、为过程噪声和测量噪声。
设状态向量
所以用矩阵表示为:
(2)将矩阵代入公式计算
这里状态转移矩阵
由于没有控制量,所以
过程噪声协方差矩阵其实就是前面的
测量噪声协方差矩阵其实就是前面的
由于状态协方差矩阵只在初始阶段产生影响,且位置速度噪声相互独立,所以一般可以给定矩阵初始值
系统转换矩阵
扩展卡尔曼滤波器
扩展卡尔曼应用于非线性程度不高的系统。扩展卡尔曼其实与卡尔曼很类似,只是扩展卡尔曼是利用泰勒级数展开对时刻求对的偏导。所以两者最大的区别是状态转移矩阵和系统转换矩阵用雅各比矩阵表示。
即扩展卡尔曼先验估算公式为:
后验估算公式为:
例如:
某系统的状态空间方程为:
所以:
由此可以看出、随着的变化而变化。
其余公式与卡尔曼滤波公式一致,将这两个雅各比矩阵代入重新计算即可。
总结
如上所说,即可完成将卡尔曼滤波器改写成扩展卡尔曼滤波器。