SLAM笔记五——EKF-SLAM

2023-05-16

上一节主要讲解了EKF的基本原理,这一次主要关注如何将EKF算法应用在SLAM上。

EKF-SLAM

现在的问题就是解决下面这个概率分布的估计问题:
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阴影部分为未知
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这里我们需要确定均值和方差到底是什么?

假设在2D平面内,状态表示为下面这个式子:
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所以有均值和方差为:
这么Map有n个landmark,所以是3+2n维的高斯分布
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简写为:
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EKF-SLAM的过程

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  • State prediction

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机器人往前走一步,通过motion model可以估计机器人所在的位置,此时机器人位置的不确定性会增加(红色区域为机器人可能在的位置)。均值和方差绿色部分将需要更新。

例如之前提到的速度运动模型,可以有下面的预测
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相对应3+2n的维度上有:
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然后对于Gt有,因为移动还只是更新了位置,所以只需要更新均值的前三个变量x,y , 角度即可,方差更新左上角的3*3矩阵。
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Gxt的推导:
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- Measurement prediction and measurement

此时根据观测模型估计看到的landmark
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然后根据传感器去观测真实的landmark
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即:
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**至此EKF的2,3步的prediction过程就完成了
总结一下:(速度运动模型的EKF的prediction过程分为下面这5步)**
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  • Data associate

计算h(x)和z之间的差距,即预测的和实际测量中的误差。
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  • Update

然后更新整个估计矩阵:
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可以看出,如果你的landmark非常多的时候,更新是非常耗时的。

例如:
以激光为例,可以这样表示observations
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uj为landmark的位置,ut为机器人的位置。

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第一个变量是机器人位置和landmark的距离,
第二个变量是距离的平方,
第三个变量是landmark的表示。

然后我们就需要计算Jacobian矩阵:
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low指只考虑一个landmark的情况:这里写图片描述
所以有:
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对应到高维,即只是更新了对应landmark的H
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H和h求出来了,这样校正过程就完成了。

总结:(用激光的校正过程如下)
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