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卡尔曼滤波

时间:2018-12-15 19:52:15      阅读:233      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:分布   F12   变换   article   准备   预测   aced   有关   data   

在线性高斯系统中,状态方程、观测方程时线性的,且两个噪声项服从零均值的高斯分布。高斯分布经过线性变换后仍为高斯分布。
假设我们知道一个线性系统的状态差分方程为:
技术分享图片
其中技术分享图片是k时刻系统的状态向量,n*1列向量;A系统转换矩阵 n*n, u为系统输入向量,大小k*1。B是将输入转换为状态的矩阵,大小n*k。 随机变量w为系统噪声,大小为n*1.
观测方程:
技术分享图片
Z是测量值,大小为m*1(不是n*1,也不是1*1,后面将说明),H也是状态变量到测量的转换矩阵。大小为m*n。随机变量v是测量噪声。 测量噪声我们能够从传感器厂商那里获得噪声的均值
 
对于状态方程中的系统噪声w和测量噪声v,假设服从如下多元高斯分布,并且w,v是相互独立的。其中Q,R为噪声变量的协方差矩阵。
技术分享图片
我们认定技术分享图片是预测(先验)值,技术分享图片是估计值,技术分享图片为测量值的预测,在下面的推导中,请注意估计和预测两者的区别,不混为一谈。由一般的反馈思想我们得到估计值:
技术分享图片
先看估计值与真实值间误差的协方差矩阵。
技术分享图片
带入技术分享图片技术分享图片
技术分享图片
展开得技术分享图片
预测值和真实值之间误差的协方差矩阵:技术分享图片
最后得到:
               技术分享图片
技术分享图片
注意这个计算式K,转换矩阵H式常数,测量噪声协方差R也是常数。因此K的大小将与预测值的误差协方差有关。不妨进一步假设,上面式子中的矩阵维数都是1*1大小的,并假设H=1,技术分享图片不等于0。那么K可以写成如下:
                          技术分享图片
所以技术分享图片越大,那么K就越大,权重将更加重视反馈,如果技术分享图片等于0,也就是预测值和真实值相等,那么K=0,估计值就等于预测值(先验)。
将计算出的这个K反代入Pk中,就能简化Pk,估计协方差矩阵Pk的:
                                 技术分享图片
 
因此递推公式中每一步的K就计算出来了,同时每一步的估计协方差也能计算出来。但K的公式中好像又多了一个我们还未曾计算出来的东西技术分享图片,他称之为预测值和真实值之间误差的协方差矩阵。它的递推计算如下:
 请先注意到预测值的递推形式是:     技术分享图片
 技术分享图片
        技术分享图片
        技术分享图片
由于系统状态变量和噪声之间是独立,故可以写成:
      技术分享图片
       技术分享图片                                      
由此也得到了技术分享图片的递推公式。因此我们只需设定最初的技术分享图片,就能不断递推下去。
这里总结下递推的过程,理一下思路:
首先要计算预测值、预测值和真实值之间误差协方差矩阵。
                    技术分享图片
有了这两个就能计算卡尔曼增益K,再然后得到估计值,
                     技术分享图片
最后还要计算估计值和真实值之间的误差协方差矩阵,为下次递推做准备。
                     技术分享图片
 
经验:
估计值误差协方差Pk的选取。
我们知道卡尔曼增益K与预测误差协方差矩阵正相关,由第一部分推导知道预测误差协方差阵技术分享图片
                   技术分享图片
它又和估计误差协方差矩阵技术分享图片有关,在Q,A确定的情况下,技术分享图片技术分享图片成正比。所以如果我们给的技术分享图片初值大的话,那么递推第一步中计算出的卡尔曼增益K就大。K大意味着更相信测量值。
当状态方程建立不正确的又会怎样呢?实际应用中很多时候我们不能建立正确的状态方程
你建立的越不正确,根据你模型进行的预测就不正确,从这个角度来说,相当于你的噪声增大了。所以这个时候系统噪声W的方差应该增大。理解这一点,对改进实际估计效果有好处
 
 举例:https://blog.csdn.net/young_gy/article/details/78177291
 

卡尔曼滤波

标签:分布   F12   变换   article   准备   预测   aced   有关   data   

原文地址:https://www.cnblogs.com/yrm1160029237/p/10118692.html

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