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
尾善爱看海13 分钟前
前端面试算法手撕全解(高频真题+标准答案)
算法·js
203号居民32 分钟前
LeetCode hot 100 — 138. 随机链表的复制
算法·leetcode·链表
凌晨16842 分钟前
OpenCV(十一)人脸识别三大算法LBPH、EigenFace、FisherFace
人工智能·opencv·算法
明月_清风44 分钟前
分治、贪心、回溯、动态规划:四种经典算法思想
后端·算法
Thomas21431 小时前
spark sort shuffer 和 hash shuffer 图解对比
算法·哈希算法
AbandonForce1 小时前
简谈线程池
开发语言·c++·算法
智购科技智能售货柜2 小时前
2026自动售货机商品掉落声学计数方案:从麦克风到频谱识别的工程实践~YH
人工智能·算法
土司大王2 小时前
LeetCode hot100——实现 Trie (前缀树)
java·算法·leetcode
水龙吟啸2 小时前
华为研发岗AI方向9.9机考题复盘&分析
人工智能·python·算法·华为
小七在进步2 小时前
类和对象(一)
java·数据结构·算法