扩展卡尔曼滤波(EKF)的限制

当f (x)或h (x)接近线性时,EKF在许多实际问题上表现良好。然而,它在高度非线性的区域中失败了

EKF的概念是基于模型的线性化而提出的。EKF估计包括线性化误差。线性化误差取决于相对于传播的不确定度的函数的非线性度,如下图所示。

图13.13:线性化误差

线性化误差-二D例

让我们看看线性化误差对极性到笛卡尔变换的影响。假设在极坐标下为一个正态分布的随机变量。我们想在笛卡尔坐标系中估计随机变量参数。一个距离向量r和一个角度θ描述了极坐标中的任何值。在笛卡尔坐标中,这些值用x和y坐标来描述。r、θ和x、y之间的依赖关系是非线性的:

极坐标下的随机变量参数(r、θ)为


σ= 0 *.* 05 0 *.* 5
我们在极坐标中生成了1000个正态分布的随机点(样本)。每个样本在极坐标中代表一个可能的变量值。然后我们将所有的样本从极坐标转换为笛卡尔坐标。在极坐标上的随机变量分布是正态的。

左边的图描述了极坐标下随机变量的随机样本。右图描述了变换后随机变量在笛卡尔坐标下的随机样本。图上的椭圆表示随机变量的协方差

图13.15: EKF线性化的协方差。

我们可以看到实际和EKF线性化协方差之间的显著差异。EKF线性化的协方差包含了一个较高的线性化误差。

EKF产生了一个错误的估计。EKF估计的不确定性也相对较低(误差椭圆相对较窄)。EKF对一个错误的估计过于自信了!

扩展卡尔曼滤波器的一个常见选择是无味卡尔曼滤波器。

下面的图比较了EKF和UKF线性化的协方差。

图13.16: EKF vs。UKF线性化协方差。

我们可以看到,UKF线性化的协方差比EKF线性化的协方差更接近于实际的协方差

相关推荐
纪念 22940 分钟前
C++ 算法(模拟)
开发语言·c++·算法
揽星河..43 分钟前
【C语言】函数
c语言·算法
zwc32104320551 小时前
Day 2:图像内存、数据类型与stride
c++·人工智能·opencv·算法·计算机视觉
重生之小比特1 小时前
【算法拾光】模拟|提莫攻击 + N 字形变换
算法·模拟
東隅已逝,桑榆非晚1 小时前
AVL数实现
c++·笔记·学习·算法
驭渊的小故事2 小时前
LeetCode 算法题解:滑动窗口与数组合并的实战应用
算法·leetcode·职场和发展
.YM.Z2 小时前
优选算法——【双指针算法2】C++实现
开发语言·c++·算法
zwc32104320553 小时前
第四周第五天——重构成类
c++·人工智能·opencv·算法·计算机视觉
Navigator_Z3 小时前
LeetCode //C - 1311. Get Watched Videos by Your Friends
c语言·算法·leetcode
云析赢指标公式网43 小时前
通达信ATAN均线角度公式源码笔记:四周期角度计算与DRAWBAND色带实现
笔记·算法