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
需要8262 小时前
分布式 ID 生成:雪花算法、号段模式与时钟回拨
分布式·算法
垆边人似月.2 小时前
华为机考题:字符串分隔
算法·华为
CQU_JIAKE2 小时前
9.4【A】
算法
CQU_JIAKE2 小时前
9.13[A]
算法
懿路向前2 小时前
【唤醒实战笔记】2026-09-29 | 智能体提示词迭代史(v1 → v8)
linux·笔记·算法
@陈小鱼2 小时前
基于CNN-Transformer的无袖带血压估计
人工智能·深度学习·神经网络·算法·cnn·transformer·血压
黄金龙PLUS3 小时前
5个1280比特大状态置换算法的设计与分析
算法·网络安全·密码学·哈希算法·同态加密
不会就选b3 小时前
算法日常・每日刷题--<动态规划>1
java·数据结构·算法
shehuiyuelaiyuehao3 小时前
算法54,链表 两数相加
数据结构·算法·链表
147API3 小时前
如何设计“回答、追问、停答”三类蒸馏训练集
人工智能·算法·机器学习