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Part5.2D_Kalman_Filter_Example

\(Key:\)

\[\begin{align*} &z_1 = 6.5 mm,\sigma_1 = 0.2 mm;z_2 = 7.3 mm,\sigma_2 = 0.4 mm & \\ &求最优估计: \hat{z} = ? \\ \hat{z} &= z_1 + \frac{\sigma_1^2}{\sigma_1^2 + \sigma_2^2} (z_2 - z_1) \\ &= 6.5 + \frac{0.2^2}{0.2^2 + 0.4^2} \cdot (7.3 - 6.5) \\ &= 6.66 \\ So:& \\ &The\ key\ is\ 6.66. \end{align*} \]


\(Example:\)

Example

\[\begin{align*} States&: \\ &x_1:位置;x_2:速度& \\ 匀速&: \\ &位置:x_{1,k} = x_{1,k-1} + \Delta T x_{2,k-1} = x_{1,k-1} + x_{2,k-1},{\color{red}{\Delta T = 1}} \\ &速度:x_{2,k} = x_{2,k-1} \\ &采样时间:\Delta T\ k时刻与k-1时刻的间隔 \\ 因为&具有不确定性:\\ &位置:x_{1,k} = x_{1,k-1} + x_{2,k-1} + w_{1,k-1} \\ &速度:x_{2,k} = x_{2,k-1} + w_{2,k-1} \\ &w为Process\ Noise(过程噪声),p(w) \sim N(0,Q) \\ 测量&: \\ &z_{1,k} = x_{1,k} \\ &z_{2,k} = x_{2,k} \\ 同样&因为具有不确定性:\\ &z_{1,k} = x_{1,k} + v_{1,k} \\ &z_{2,k} = x_{2,k} + v_{2,k} \\ &v为Measure\ Noise(过程噪声),p(v) \sim N(0,R) \\ \therefore\ & \begin{aligned} &\begin{bmatrix} x_{1,k} \\ x_{2,k} \\ \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 1 \\ \end{bmatrix} \begin{bmatrix} x_{1,k-1} \\ x_{2,k-1} \\ \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} w_{1,k-1} \\ w_{2,k-1} \\ \end{bmatrix} \Rightarrow {\color{red}{X_k = A X_{k-1} + w_{k-1}}} \\ &\begin{bmatrix} z_{1,k} \\ z_{2,k} \\ \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \\ \end{bmatrix} \begin{bmatrix} x_{1,k} \\ x_{2,k} \\ \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} v_{1,k} \\ v_{2,k} \\ \end{bmatrix} \Rightarrow {\color{red}{Z_k = H X_k + v_k}} \\ \end{aligned} {\color{red}{\Rightarrow \hat{X}_k最优}} \end{align*} \]


\(预测\)

\[\begin{align*} &先验: \hat{X}_k^- = A \hat{X}_{k-1}^- + B u_{k-1}& \\ &先验误差协方差: P_k^- = A P_{k-1} A^T + Q,{\color{green}{P_{k-1} \rightarrow 上一次误差的协方差}} \\ \end{align*} \]

\(校正\)

\[\begin{align*} Kalman\ Gain:K_k &=\frac{P_k^- H^T}{H P_k^- H^T + R}& \\ 后验估计: \hat{X}_k &= \hat{X}_k^- + K_k (Z_k - H \hat{X}_k^-) \\ 更新误差协方差: P_k &= (I - K_k H) P_k^- \\ \end{align*} \]

http://www.jsqmd.com/news/159614/

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