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
zyl7654 小时前
FlashAttention 详解:从 GPU 硬件、普通 Attention 到分块计算与 Online Softmax
算法
爱读书的小胖7 小时前
LeetCode 122:买卖股票的最佳时机 II(C)解题分析
算法
结局无敌8 小时前
React Native for OpenHarmony 实战:三方库 react-native-modal-dialog 的鸿蒙化适配指南
深度学习·算法·react native·react.js·harmonyos
OPEN-F8 小时前
ROS2系列教程:上位机建图与导航(原理综合)
算法·机器人
weixin_307779138 小时前
C++代码实现MATLAB中的fitrtree函数功能
开发语言·c++·算法·matlab
tomwang03228 小时前
路径优化建模、优化算法分类及工程化小结
算法·数学建模·分类
小羊没烦恼!8 小时前
Ajax与JSON的一些总结
android·java·前端·数据库·mysql·算法·okhttp
2501_926978339 小时前
人机通信协议--人和机器之间的交互想象
人工智能·经验分享·算法·ai写作
行者全栈架构师9 小时前
【鸿蒙心迹】互动卡片全链路——把核心功能放到桌面(FormKit 实战)(HarmonyOS 7.x)
前端·算法·架构
无定义_9 小时前
10.11日常训练
算法