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卡尔曼滤波的原理及算法说明(3)

时间:2017-11-26 20:06来源:未知 作者:y930712 点击:
到现在为止,我们的系统结果已经更新了,可是,对应于X(k|k-1)的covariance还没更新。我们用P表示covariance: P(k|k-1)=AP(k-1|k-1)A+Q(2) 式(2)中,P(k|k-1)是X(k|k-1)对

到现在为止,我们的系统结果已经更新了,可是,对应于X(k|k-1)的covariance还没更新。我们用P表示covariance:

P(k|k-1)=AP(k-1|k-1)A’+Q(2)

式(2)中,P(k|k-1)是X(k|k-1)对应的covariance,P(k-1|k-1)是X(k-1|k-1)对应的covariance,A’

表示A的转置矩阵,Q是系统过程的covariance。式子1,2就是卡尔曼滤波器5个公式当中的前两个,也就是对系统的预测。

现在我们有了现在状态的预测结果,然后我们再收集现在状态的测量值。结合预测值和测量值,我们可以得到现在状态(k)的最优化估算值X(k|k):
X(k|k)=X(k|k-1)+Kg(k)(Z(k)-HX(k|k-1))(3)
其中Kg为卡尔曼增益(KalmanGain):

Kg(k)=P(k|k-1)H’/(HP(k|k-1)H’+R)(4)

到现在为止,我们已经得到了k状态下最优的估算值X(k|k)。但是为了要另卡尔曼滤波器不断的运行下去直到系统过程结束,我们还要更新k状态下X(k|k)的covariance:
P(k|k)=(I-Kg(k)H)P(k|k-1)(5)

其中I为1的矩阵,对于单模型单测量,I=1。(http://www.dgzj.com/ 电工之家)当系统进入k+1状态时,P(k|k)就是式子(2)的P(k-1|k-1)。这样,算法就可以自回归的运算下去。

卡尔曼滤波器的原理基本描述了,式子1,2,3,4和5就是他的5个基本公式。根据这5个公式,可以很容易的实现计算机的程序。

下面,我会用程序举一个实际运行的例子。。。

4.简单例子
(ASimpleExample)
这里我们结合第二第三节,举一个非常简单的例子来说明卡尔曼滤波器的工作过程。所举的例子是进一步描述第二节的例子,而且还会配以程序模拟结果。

根据第二节的描述,把房间看成一个系统,然后对这个系统建模。当然,我们建的模型不需要非常地精确。我们所知道的这个房间的温度是跟前一时刻的温度相同的,所以A=1。没有控制量,所以U(k)=0。因此得出:
X(k|k-1)=X(k-1|k-1)………(6)
式子(2)可以改成:

P(k|k-1)=P(k-1|k-1)+Q………(7)

因为测量的值是温度计的,跟温度直接对应,所以H=1。式子3,4,5可以改成以下:
X(k|k)=X(k|k-1)+Kg(k)(Z(k)-X(k|k-1))………(8)
Kg(k)=P(k|k-1)/(P(k|k-1)+R)………(9)
P(k|k)=(1-Kg(k))P(k|k-1)„„„(10)

现在我们模拟一组测量值作为输入。假设房间的真实温度为25度,我模拟了200个测量值,这些测量值的平均值为25度,但是加入了标准偏差为几度的高斯白噪声(在图中为蓝线)。

为了令卡尔曼滤波器开始工作,我们需要告诉卡尔曼两个零时刻的初始值,是X(0|0)和P(0|0)。他们的值不用太在意,随便给一个就可以了,因为随着卡尔曼的工作,X会逐渐的收敛。但是对于P,一般不要取0,因为这样可能会令卡尔曼完全相信你给定的X(0|0)是系统最优的,从而使算法不能收敛。我选了X(0|0)=1度,P(0|0)=10。 (责任编辑:admin)

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