MATLAB卡尔曼|卡尔曼滤波的公式【线性】

卡尔曼滤波

卡尔曼滤波(Kalman Filter) 一种用于估计系统状态的数学算法,不是类似于高通、低通滤波器那样的频域滤波。

卡尔曼滤波基于线性动态系统的假设,它将系统的状态表示为均值和协方差矩阵,通过递归地更新和预测这些值来实现对系统状态的估计。卡尔曼滤波有两个主要的步骤:预测和更新

卡尔曼滤波具有一些优点,例如对噪声和不确定性的鲁棒性较强,能够提供较为精确的估计结果,并且计算效率较高。然而,卡尔曼滤波的应用前提是系统满足线性动态系统的假设,对于非线性系统,需要通过扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter)或无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter)等变种算法来进行处理。

滤波结构

  • 预测步骤中,卡尔曼滤波使用系统模型和上一时刻的状态估计来预测当前时刻的状态,并计算出预测状态的均值和协方差矩阵。

  • 更新步骤中,卡尔曼滤波使用当前时刻的测量数据和预测状态的均值和协方差矩阵,通过最小二乘法得到对当前状态的估计,并重新计算估计的状态的均值和协方差矩阵。

重要公式

下面从几个重要公式的角度来分析卡尔曼滤波:

  1. 观测的一步转移,根据当前时刻的X(k-1)、状态转移矩阵 F F F、输入向量 u k − 1 u_{k-1} uk−1计算下一时刻的X_{k}
    X ^ k − = F X k − 1 + G u k − 1 \hat X_{k}^- = FX_{k-1}+G u_{k-1} X^k−=FXk−1+Guk−1

  2. 协方差预测:
    P k − = F P k − 1 F T + Q k P_{k}^{-}=FP_{k-1}F^{T}+Q_{k} Pk−=FPk−1FT+Qk

  3. 计算增益:
    K k = P k − H T ( H P k − H T + R ) − 1 K_k=P_k^-H^T(HP_k^-H^T+R)^{-1} Kk=Pk−HT(HPk−HT+R)−1

  4. 计算估计值:
    X ^ t = X ^ t − + K t ( Z k − H X ^ k − ) \hat{X}{t}=\hat{X}{t}^{-}+K_{t}(Z_{k}-H\hat{X}_{k}^{-}) X^t=X^t−+Kt(Zk−HX^k−)

  5. 更新协方差:
    P k = ( I − K k H ) P k − P_k=(I-K_kH)P_k^- Pk=(I−KkH)Pk−

其他公式

表示观测预测的公式:
Z ^ k = H X k \hat{Z}{k} = HX{k} Z^k=HXk

相关推荐
代码中介商6 小时前
C++左值与右值:核心判断法则详解
开发语言·c++
JAVA9656 小时前
JAVA面试-并发篇 05-并发包AQS队列实现原理是什么
java·开发语言·面试
Halo_tjn6 小时前
反射与设计模式1
java·开发语言·算法
珊瑚里的鱼7 小时前
手撕单例模式中的饿汉模式和懒汉模式,懒汉模式还要再多加一个C++11版本的
开发语言·c++·单例模式
_不会dp不改名_7 小时前
python-opencv环境搭建
开发语言·python·opencv
HappyAcmen7 小时前
9.复盘API全套流程
开发语言·python
charlie1145141917 小时前
通用GUI编程技术——图形渲染实战(四十五)——D3D12资源与堆管理:从上传到驻留
开发语言·3d·图形渲染·win32
不会C语言的男孩7 小时前
C++ Primer 第12章:动态内存
开发语言·c++
踏着七彩祥云的小丑8 小时前
Go学习第1天:入门
开发语言·学习·golang·go
眠りたいです8 小时前
现代C++:C++17中的新库特性
开发语言·c++·c++20·c++17