卡尔曼滤波器相关的基本问题

信息处理 卡尔曼滤波器
2022-02-01 16:09:17

由于我是卡尔曼滤波器的新手,所以我有一些困惑需要澄清。

  • 测量和状态有什么区别?
  • 它们可以有不同的尺寸吗?

我在网上看到的所有示例都考虑了速度和位置,而加速度是外部控制变量。现在状态矩阵与包含的矩阵相乘Δt.

  • 如果我的读数是加速度本身,那么状态矩阵和与它相乘以获得更新状态的矩阵会发生什么?我特指这个数据集:Accelerometer dataset
  • 既然读数已经有噪音,我们是否还会在计算更新状态时添加错误/噪音?
1个回答

一个状态有记忆。因果系统的状态值反映了所有先前状态和输入的值。所有先前状态和输入的线性组合是线性状态方程。

测量仅反映当前状态和当前输入的值。测量需要有噪声。卡尔曼滤波器从噪声测量中估计当前状态。

测量噪声的存在是它被称为滤波器的原因。如果没有测量噪声,则使用状态观察器,而不是卡尔曼滤波器。KF 方程在没有测量噪声的情况下不起作用。

如果测量噪声是当前状态和输入(包括噪声)的线性组合,则测量是线性的。当状态和测量值是线性时,KF 是线性 KF。

本质上,状态具有记忆性,并且测量仅取决于当前状态。我们可以将状态演化写成递归方程,因为它是马尔可夫过程。

维度问题与旧书所说的可控性和可观察矩阵有关。最近的书籍介绍了格莱美。

KF 有多种变体,包括非线性状态和非线性测量。如果矩阵和初始条件准确,则线性 KF 满足许多最优性标准。其他类型不是最佳的,但如果近似值很好,通常很好。

除非您进行模拟,否则不会添加错误。您需要知道实际过滤的协方差。

KF 可以通过几种不同的方式导出(最小二乘法、正交性、贝叶斯),并且可以以不同的方式写出解决方案,因此书籍通常不会完全一致。我更喜欢 KF 的创新形式,因为创新是在线诊断。您可以测试您是否有足够的状态或太多的状态。

与实际状态和测量方程相关的问题实际上与 KF 无关。一本关于使用状态变量的线性系统的书是你学习编写这些的地方,但许多 KF 书籍都有一章或两章关于这个主题。通常,如何从连续时间微分方程转换为一组差分方程。写出状态方程确实是一个先决条件。大多数寻求帮助的人往往属于不理解状态变量的范畴。

如果你在理解你的状态方程时遇到问题,你应该包括特定的方程。没有人在看你在互联网上看到的东西。这不是色情网站。

即使您不太了解这些参数,卡尔曼滤波器也往往会起作用。人们往往会花很多时间来调整他们的过滤器,所以期望调整很多。该理论可能令人生畏,并且通常可以在没有深入理解的情况下构建足够的过滤器。如果它有效,它就有效。如果它不起作用并且你认为它应该起作用,那么理论就变得很重要。