EKF(拓展卡尔曼滤波)学习笔记:

2023-05-16

一些参考:

(三十九)通俗易懂理解——卡尔曼滤波与扩展卡尔曼滤波 - 知乎 (zhihu.com)

(50 封私信 / 42 条消息) 如何通俗并尽可能详细地解释卡尔曼滤波? - 知乎 (zhihu.com)

视觉slam14讲-高博

先预测,在更新,得到融合以后的数据值

在任何含有不确定因素的动态系统里使用卡尔曼滤波,有效利用多个粗糙数据之间的关系

一个测量值告诉我们另一个测量值可能是什么样子。这就是卡尔曼滤波的目的

 用于衡量变量之间的相关性

(1)建模:高斯模型衡量每一个想要知道的状态

(2)通过上一时刻状态来更新新的时刻的状态,考虑状态转移函数,外力作用,同时考虑系统的不确定性

 

(3) 与传感器的数据融合(观测数据),

 通过矩阵H,将单位进行统一,观测数据与测量数据

(4)两个高斯分布的融合,相乘

 得到系统卡尔曼增益。

举例说明,以视觉slam14讲为例

通用slam系统方程:

 

 x代表某一时刻的所有状态,代表该状态下所有的观测

概率论角度来说:似然由观测方程给出,先验由过去所有状态给出,对于KF,由上一时刻状态给出

先验的计算方程如下:

线性状态下的KF方程:

本时刻的先验:

上一时刻的后验:

 不是单纯的数值,而是一个状态分布函数,是一个概率函数,程序的更新,只需要维护一个状态变量,对其进行更新即可。

线性高斯系统:

 

 (1)预测

通过运动方程确定状态的先验分布,有

 有上一时刻的状态,加系统输入得到系统的先验分布。

 另一方面,由观测方程,我们可以计算在某个状态下,应该产生怎样的观测数据:

 后验概率,系统先验乘以系统观测

仅对比概率分布的指数部分,可得更新后的均值和方差分别为:

 总结如下:

 非线性状态下的EKF(拓展卡尔曼滤波)

我们需要把所有非线性公式通过泰勒展开进行线性化

对于预测方程:

 对于观测方程进行线性化有:

 注意,slam中EKF是离散形式存在的,x(k-1)是变量,x(k-1).hat是变量值,计算概率时,带入进去。

 

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