卡尔曼滤波(kalman)

news/2025/1/11 19:07:02/

卡尔曼(kalman)滤波原理

        kalman滤波器可以看做状态变量在由观测生成的线性空间上的射影。

        如下状态空间模型描述的动态系统:

                                \mathit{X\left ( k+1 \right )= \Phi X\left ( k \right )+\Gamma W\left ( k \right )}            (1)

                        ​​​​​​​        ​​​​​​​        \mathit{Y(k)=HX(k)+V(k)}                  (2)

式中,k为离散时间,系统在时刻k的状态为X(k)\in R^n\boldsymbol{\mathit{}}Y(k)\in R^m\boldsymbol{\mathit{}}为对应状态的观测信号;\mathit{W(k)\in R^r}为输入的白噪声;V(k)\in R^m\mathit{}为观测噪声。

        称式(1)为状态方程,称式(2)为观测方程。称\mathit{\Phi}为状态转移矩阵,\Gamma \mathit{}为噪声驱动矩阵,H为观测矩阵。

        假设W(k)和V(k)是均值为0,方差各为Q、R的不相关白噪声,初始状态X(0)不相关与W(k)和V(k) 。

由式(1)、(2)在假设条件下,递推出kalman滤波器如下:

状态一步预测:                        \hat{X}(k+1|k)=\Phi \hat{X}(k|k)

状态更新:                        \hat{X}(k+1|k+1)=\hat{X}(k+1|k)+K(k+1)\varepsilon (k+1)

                                                      \varepsilon (k+1)=Y(k+1)-H\hat{X}(k+1|k)

滤波增益矩阵:                           K(k+1)=P(k+1|k)H^T[HP(k+1|k)H^T+R]^{-1}

一步预测协方差阵:        ​​​​​​​         P(k+1|k)=\Phi P(k|k)\Phi^{T}+\Gamma Q \Gamma ^T

协方差更新:        ​​​​​​​        ​​​​​​​     P(k+1|k+1)=[I_n-K(k+1)H]P(k+1|k)

                                                \hat{X}(0|0)=\mu _0, P(0|0)=P_0


http://www.ppmy.cn/news/242094.html

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