扩展卡尔曼滤波定位步骤使用不确定性椭圆表示

《摘自概率机器人》 上接马尔可夫定位

1. 预测步骤

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\qquad Σ t − 1 , μ t − 1 \boldsymbol{\Sigma}_{t-1},\boldsymbol{\mu}_{t-1} Σt1,μt1分别表示 t − 1 t-1 t1时刻的位置方差和期望, Σ ‾ t = G t Σ t − 1 G t T + V t M t V t T \boldsymbol{\overline{\Sigma}}_{t}=\boldsymbol{G}_{t}\boldsymbol{\Sigma}_{t-1}\boldsymbol{G}_{t}^{T}+\boldsymbol{V}_{t}\boldsymbol{M}_{t}\boldsymbol{V}_{t}^{T} Σt=GtΣt1GtT+VtMtVtT \qquad 等式右端第一项 t − 1 t-1 t1时刻的位置方差到 t t t时刻的转换,第二项表示由控制噪声从控制空间映射到状态空间产生的运动噪声,所以第二项受到位移(线速度)和旋转(角速度) 噪声的影响。上图中 b ) , c ) , d ) b),c),d) b),c),d)分别表示高平移噪声、高旋转噪声和高平移、旋转噪声。

2. 测量预测

\qquad 该步骤为使用预测机器人位置和测量不确定性表示测量预测,预测位置和不确定性使用下图表示:
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\qquad 预测不确定性使用 S t \boldsymbol{S}_{t} St,由两个高斯函数卷积生成。
S t = H t Σ ‾ t H t T + Q t \boldsymbol{S}_{t}=\boldsymbol{H}_{t}\boldsymbol{\overline{\Sigma}_{t}\boldsymbol{H}_{t}^{T}}+\boldsymbol{Q}_{t} St=HtΣtHtT+Qt \qquad 上式第一项为由位置不确定性带来的不确定性,第二项为固有的测量噪声, z t z_{t} zt为实际测量值, z ‾ t \overline{z}_{t} zt为预测测量值。更新向量为 z t − z ‾ t z_{t}-\overline{z}_{t} ztzt更新向量越短,测量值越可靠。

3. 估计更新

\qquad 计算卡尔曼滤波增益 K t K_{t} Kt,按比例决定更新向量。更新算法如下:
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\qquad 更新不确定椭圆
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示例,如图所示机器人按照运动控制轨迹(虚线)和实际运动轨迹(实线)
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