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
不会就选b10 分钟前
算法日常・每日刷题--<二分查找>1
算法
「維他檸檬茶」16 分钟前
大模型算法学习2026.6.13
学习·算法
叫我:松哥20 分钟前
基于Python的共享单车租赁数据分析与预测系统,技术栈flask+boostrap+随机森林+XGBoost
人工智能·python·深度学习·算法·随机森林·数据分析·flask
BAGAE32 分钟前
星链卫星数据获取:从太空安全到实时通信的技术革命
网络·数据结构·数据库·算法·云计算·hbase
happymaker062636 分钟前
LeetCodeHor100——438.找到字符串中所有的字母异位词
算法
西安邮电大学42 分钟前
有关栈的经典算法题
java·后端·其他·算法·面试
h_a_o777oah1 小时前
【算法专项】扩展域并查集:原理详解及解决大部分种类并查集问题(洛谷P5937 P2024 C++代码)
数据结构·c++·算法·acm·并查集·扩展域·逻辑建模
兰令水1 小时前
leecodecode【单调栈】【2026.6.12打卡-java版本】
java·开发语言·算法
TMT星球1 小时前
魔法原子上交会首秀VLA K02大模型,完成具身智能从“执行”到“理解”的能力跃迁
人工智能·算法·机器学习
2301_764441331 小时前
番茄钟+AI:高效专注的秘密武器
人工智能·算法·数学建模·动态规划·交互