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
星栈独行6 小时前
我在 Rust 全栈项目里用 JWT 做无状态认证
开发语言·后端·rust·前端框架·开源·github·web
石山代码7 小时前
C++ 轻量级日志系统
开发语言·c++
小技与小术7 小时前
玩转Flask
开发语言·python·flask
SilentSamsara7 小时前
Python 性能优化:tracemalloc、profiling 与 C 扩展加速
开发语言·python·青少年编程·性能优化
冰小忆7 小时前
大驼峰命名规范和小驼峰命名规范的区别是什么?
开发语言·python
এ慕ོ冬℘゜9 小时前
JS 前端基础面试题
开发语言·前端·javascript
浩少7029 小时前
【无标题】
java·开发语言
nnsix10 小时前
C# 字符串 根据换行符分割
开发语言·c#
Vallelonga10 小时前
Rust Conversion 工具 trait AsRef AsMut
开发语言·rust
Vallelonga10 小时前
Rust 中的“解引用”和智能指针与 MutexGuard 等
开发语言·rust