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H :测量矩阵

v_k :均值为0,协方差矩阵为 R ,且服从正态分布的测量噪声

初始状态以及每一时刻的噪声 {X_0, w_1,...,w_k,v_1,...v_k} 都认为是互相独立的,实际上,很多真实世界的动态系统都并不确切的符合这个模型;但是由于卡尔曼滤波器被设计在有噪声的情况下工作,一个近似的符合已经可以使这个滤波器非常有用了。

三、卡尔曼滤波器

卡尔曼估计实际由两个过程组成:预测与校正,在预测阶段,滤波器使用上一状态的估计,做出对当前状态的预测。在校正阶段,滤波器利用对当前状态的观测值修正在预测阶段获得的预测值,以获得一个更接进真实值的新估计值。

1、变量说明

\hat{x}_k :卡尔曼估计值

P_k :卡尔曼估计误差协方差矩阵

{P_k}' :预测误差协方差矩阵

K_k :卡尔曼增益

\hat{z}_k :测量余量

2、卡尔曼滤波器计算过程

更新协方差估计:

观察以上六个式子,我们使用过程中关键要明白 {P}'_kK_k 的算法原理,及 P_k 的更新算法

3、卡尔曼滤波算法详细推导

从协方差矩阵开始说起,真实值与预测值之间的误差为

预测误差协方差矩阵为 {P}'_k=E[{e}'_k{e}'_k^T]=E[(x_k-\hat{x}'_k)(x_k-\hat{x}'_k)^T]

真实值与估计值之间的误差为

卡尔曼估计误差协方差矩阵为

e_k 代入得到

其中 E[v_kv_k^T]=R ,并将预测误差协方差矩阵代入,得到

卡尔曼滤波本质是最小均方差估计,而均方差是 P_k 的迹,将上式展开并求迹

最优估计 K_k 使 tr(P_k) 最小,所以上式两边对 K_k 求导

套用第一节中提到的那两个矩阵微分公式,得到

令上式等于0,得到

到此,我们就知道了卡尔曼增益是怎么算出来的了,但是又有问题, P'_k 是怎么算的呢?

总结卡尔曼滤波的更新过程为

1步,首先 P_0x_0 已知,然后由 P_0 算出 P'_1 ,再由 P'_1 算出 K_1 ,有了这些参数后,结合观测值就能估计出 x_1 ,再利用 K_1 更新 P_1

2步,然后下次更新过程为由 P_1 算出 P'_2 ,再由 P'_2 算出 K_2 ,有了这些参数后,结合观测值就能估计出 x_2 ,再利用 K_2 更新 P_2

......

n步,由 P_{n-1} 算出 P'_n ,再由 P'_n 算出 K_n ,有了这些参数后,结合观测值就能估计出 x_n ,再利用 K_n 更新 P_n

这就是卡尔曼滤波器递推过程。

至于 P_k 的算法,

K_k 代入上式右边最后一项中 , K_k^T 保持原样

网上搜索有关 滤波 器中P,Q,R矩阵的设置,感觉讲述得比较笼统。又因为我要使用雷达目标跟踪方面使用 滤波 器,因此针对雷达中目标匀速运动的情况来说明一下P,Q,R矩阵的设置。 本文来自公众号“——————目标跟踪中,在数据关联后往往要进行 滤波 。数据关联 算法 得到了每个目标的观测数据。 滤波 使用关联的观测数据来估计目标的状态,并预测目标的未来位置和速度等信息。目标跟踪过程中,测量数据通常会受到各种噪声的影响,例如传感器噪声、环境干扰等。 滤波 器可以通过对测量数据和系统模型的加权处理来减少噪声的影响,提供更准确的目标状态估计。1、 滤波 简介 滤波 用来估计带噪信号中隐藏的真实信息。 目录1. 滤波 入门2.学 滤波 的必备知识2.1.状态空间表达式2.2.高斯分布2.3.方差2.4.超参数2.5. 直观图解3. 滤波 3.1. 公式理解3.2.调节超参数3.2.1.Q和R的取值3.2.2.P0和X0的取值3.2.3. 滤波 的使用... 1. 概率论相关知识 这一节主要叙述概率论的一些相关基础知识,包括全概率公式、贝叶斯公式、协方差矩阵、二维高斯分布等等,对这些熟悉的可以直接跳到第二节 1.1 全概率公式与贝叶斯公式 1.2 协方差矩阵 1.3 二维高斯分布 2. 贝叶斯(Bayes) 滤波 滤波 是基于贝叶斯 滤波 的一种改进,这里先说明一下贝叶斯 滤波 的相关原理。 2.1 变量定义 运动过程一般需要用到的变量主要有3个: xi\boldsymbol x_ixi​表示iii时刻的状态。比如在运动的机器人中,表示机器人当前的位姿 zi\bold 本教程来源于bibili up主DR_CAN的笔记整理,建议读者配合视频食用,视频链接如下:【 滤波 器】1_递归 算法 _Recursive Processing_哔哩哔哩_bilibili在此非常感谢DR_CAN老师精彩讲解,在此表示崇高的敬意。 滤波 算法 实际是一个观测器,可以用来估计下一个状态,具有非常好的实时性。其公式为:假定我们要对一个未知长度的物体进行测量,每次的测量值为ZkZ_kZk​,取前kkk次的平均值作为当前的估计值(最优估计),则可得到以下公式:xk^=Z1+Z2+....+Zkk= 状态是指在系统中可决定系统状态、最小数目变量的有序集合。 而所谓状态空间则是指该系统全部可能状态的集合。 状态空间表示法 即为一种将物理系统表示为一组输入、输出及状态的数学模式,而输入、输出及状态之间的关系可用许多一阶微分方程来描述。 为了使数学模式不受输入、输出及状态的个数所影响,输入、输出及状态都会以向量的形式表示,而微分方程(若是线性非时变系统,可将微分方程转变为代数方程)则会以矩阵的形式来来表示。 状态转移矩阵 (转移概率矩阵) 状态转移是指客观事物由一种状态转 什么是 滤波 ? 对于这个 滤波 器,我们几乎可以下这么一个定论:只要是存在不确定信息的动态系统, 滤波 就可以对系统下一步要做什么做出有根据的推测。即便有噪声信息干扰, 滤波 通常也能很好的弄清楚究竟发生了什么,找出现象间不易察觉的相关性。 因此 滤波 非常适合不断变化的系统,它的优点还有内存占用较小(只需保留前一个状态)、速度快,是实时问题和嵌入式系统的理想选择。 如果你曾经Goog...