卡尔曼滤波的动态机制:P如何改变融合权重

P 变化 → K 变化 → 预测与观测的权重变化。

P 为估计误差协方差,上标 − 为预测,+ 为更新后。假设预测误差与观测噪声不相关。

1.预测与更新如何改变 P

预测:传播不确定性,再加入过程噪声。

  • 当 F = I 时,P 增加一个 Q。
  • 一般 F 下并非每个方向都增大;惯性定位缺少外部观测时,位置不确定性通常随时间增长。

更新:利用观测降低不确定性。

即使 Q、R 固定,P 的递推仍会改变 K,调整融合权重。

2.为什么更新后 P 会减小

一维直接观测 H = 1,预测方差与观测方差均为正:

**乘上小于 1 的正数,方差自然减小。**状态更新为:

预测权重为 1 − K,观测权重为 K。

I − KH 是误差修正矩阵,不是观测方程的状态转移矩阵。完整误差关系与协方差为:

代入标准最优 K 后,才得到前面的简式;观测噪声并未被忽略。多维时,由下式可知任意方向的方差不增加:

这不代表每个矩阵元素都减小,也不能把 I − KH 整体当成一个小数。

3.一个数值例子

一维 F = H = 1,上次后验方差为 1,本步 Q = 3,R = 1。

方差:1 → 4 → 0.8。此时观测占 80%,预测占 20%。

普通 KF 自动递推 P、调整 K,并不会仅因新息很大就自动增大 R。P 变小,也不保证每次实际误差都变小。

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