“蒙特卡洛卡尔曼滤波器”与无味卡尔曼滤波器

机器算法验证 蒙特卡洛 卡尔曼滤波器
2022-03-19 16:24:33

最近,我遇到了对Monte Carlo Kalman Filter (MCKF) 的引用,它是Sigma-Point Kalman Filter (SPKF) 的一个变体。MCKF 与 SPKF 的其余部分之间的主要区别在于 sigma 点是随机选择的,而不是像 Unscented Kalman Filter 和该系列的各种其他成员那样确定性地选择。

也就是说,对于 SPKF,传播的 sigma 点通过以下方式选择:

xk(i)=x^k+wkSk(i)

在哪里Sk(i)是个i-状态协方差cholesky因子的第列,wk是一个权重(取决于特定的 SPKF 算法)和x^k是平均值。

另一方面,MCKF 的 sigma 点来自:

xk(i)N(x^k;Pk)

sigma 点的数量是用户可选择的。

由于 MCKF 共享高斯假设,算法的其余部分实际上是相同的(参见Wikipedia)。所以,它是 SPKF 和粒子过滤器之间的中转站。

所以,我的问题是:

  • 有没有人在实践中(或学术界)看到过 MCKF 变体?
  • 是否有很多关于跟踪其理论特性或应用性能的论文? 谷歌学术出人意料地没有帮助。
  • 什么时候会在 UKF/DDF/... 上使用 MCKF?
  • (最感兴趣的)一个人预计需要多少样本才能与标准 UKF(具有2Nx西格玛点)?这如何随着增加而扩展ñX?
1个回答

我建议看一下这篇论文:Hommels A、Murakami A、Nishimura SI。集成卡尔曼滤波器与无迹卡尔曼滤波器的比较:在路堤建设中的应用。岩土工程。2009;13(1):52。

我相信上述论文的作者得出的结论是,MCKF 或 EnKF 在准确性方面优于 UKF,并且需要相同的计算时间。

编辑:我同意下面评论的人的观点,即性能取决于所使用的过程和测量模型。事实上,还有另一篇针对不同应用的论文说 UKF 优于 MCKF:T. Kodama 和 K. Kogiso,“UKF 和 EnKF 对 McKibben 气动人工肌肉收缩率的估计的应用”,2017 年美国控制会议(ACC ),华盛顿州西雅图,2017 年,第 5217-5222 页。doi: 10.23919/ACC.2017.7963765

根据我的理解,我觉得这些方法之间最大的区别是 UKF 对样本进行加权,而 MCKF(或 EnKF)为所有样本提供相等的权重。另一方面,UKF 有一些不直观的参数需要调整,例如选择 sigma 值。根据个人经验,这些参数确实对结果有很大影响。MCKF 没有这样的问题,但是需要处理多个样本意味着更多的计算时间(当然,除非你有幸使用并行化)。根据经验,我通常先去 MCKF,如果结果不错,然后我会花时间调整 UKF 以匹配或改进结果并获得更快的计算作为回报。