滤波

高翔总结

KF(卡尔曼滤波)

线性系统,高斯噪声

预测:从上一时刻的状态,根据输入信息预测当前时刻的状态分布,计算系统状态预测值的协方差(先验)
计算卡尔曼增益Kg
更新:然后更新系统状态,再计算系统状态估计值的协方差(后验),为下一次迭代做准备

EKF(extended kalman filter,扩展卡尔曼滤波)

将非线性进行线性化(泰勒展开),然后再做KF。

存在着精度不高、稳定性差、对目标机动反应迟缓等缺点.

UKF(Unscented Kalman Filter,无迹/无损卡尔曼滤波)

通过无损变换使非线性系统方程适用于线性假设下的标准Kalman滤波体系,而不是像EKF那样,通过线性化非线性函数实现递推滤波。

UKF是对非线性函数的概率密度分布进行近似,用一系列确定样本来逼近状态的后验概率密度,而不是对非线性函数进行近似,不需要求导计算Jacobian矩阵。

PF(粒子滤波)

粒子集初始化

计算每个粒子的权重,归一化之后确定目标状态

计算状态估计值

重要性重采样

  1. 初始化阶段——计算目标特征,比如人体跟踪,就是人体区域的颜色直方图等,n*1的向量;
  2. 搜索化阶段——放警犬(采样大量粒子,用来发现目标),可以 均匀的放置/按目标中心高斯分布放置;——狗鼻子发现目标,按照相似度信息,计算警犬距离目标的权重,并归一化;
  3. 决策化阶段——收集信息,综合信息,每条小狗有一个位置信息和一个权重信息,我们进行 加权求和得到目标坐标;
  4. 重采样阶段——去掉一些跑偏的警犬,再放入一些警犬,根据权重信息,将权重低的警犬调回来,重新放置在权重高的地方;根据重要性重新放狗
    2-> 3-> 4-> 2

粒子滤波(PF: Particle Filter)的思想基于蒙特卡洛方法(Monte Carlo methods),它是利用粒子集来表示概率,可以用在任何形式的状态空间模型上。

以样本均值代替积分运算,从而获得状态最小方差分布的过程。这里的样本即指粒子,当样本数量N→∝时可以逼近任何形式的概率密度分布。

摆脱了解决非线性滤波问题时随机量必须满足高斯分布的制约,能表达比高斯模型更广泛的分布,也对变量参数的非线性特性有更强的建模能力。

BF(贝叶斯滤波)

器人传感器获取的观测数据,利用Bayes公式(概率论)去估计机器人的状态。

非线性系统,随机噪声