卡尔曼滤波器

目录标题

  • 一、递归形式
  • 二、数据融合
  • 三、公式推导
  • 四、误差协方差矩阵
  • 卡尔曼滤波示例
  • 五、扩展卡尔曼滤波

一、递归形式

卡尔曼滤波器_第1张图片
将上述 1 / k 1/k 1/k记做一个参数 K k K_k Kk,
卡尔曼滤波器_第2张图片

  1. 估计误差(当前模型决定)远大于测量误差(自身测量系统)时,即说明估计不可信,当前估计值由测量值决定;
  2. 估计误差远小于测量误差时,及说明模型的精度已经很好了,当前的估计值主要依赖与估计值,而不是测量值。

算法过程:
卡尔曼滤波器_第3张图片

二、数据融合

z1、z2表示两个秤的测量值。
卡尔曼滤波器_第4张图片
卡尔曼滤波器_第5张图片

三、公式推导

卡尔曼滤波器_第6张图片
其中,P(w)表示的是噪声的概率密度函数,服从均值为0,协方差矩阵为Q的正态分布。(这里的w是向量,所以要用协方差表示向量中各元素值之间的关系。)

卡尔曼滤波器_第7张图片
其中:
卡尔曼滤波器_第8张图片

(先验:理解成模型的计算结果;后验:理解成测量结果)
经过一系列变换求导,最后求得:
卡尔曼滤波器_第9张图片

四、误差协方差矩阵

在这里插入图片描述
最终的卡尔曼滤波的过程(包含五个公式):
卡尔曼滤波器_第10张图片

卡尔曼滤波示例

卡尔曼滤波器_第11张图片
具体例子:
卡尔曼滤波器_第12张图片
注意,这里的T平方是状态转移矩阵里面的!而不是变量。
意思是 s t = s t − 1 + v T + 1 / 2 a × T 2 s_t=s_{t-1}+vT+1/2a×T^2 st=st1+vT+1/2a×T2

五、扩展卡尔曼滤波

卡尔曼滤波器_第13张图片
卡尔曼滤波器_第14张图片
注意,所有的状态变量都是用一个向量x表示的,所有的测量变量也是这样。

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