的新信息,它提供了yk预测无法
。预测的信息。称为新息(I
ovatio
)卡尔曼滤波器正是应用了上述新息的递推计算原则。
452卡尔曼滤波的新息递推:卡尔曼滤波的新息递推:滤波的新息递推
卡尔曼滤波对现状态Xk的估计Xk采用的是:过去状态对现状态的预测
Xkk1,加上观测偏差ykCkXkk1的适当加权修正Kk即:XkXkk1KkykCkXkk1Xkk1是基于k1次对k次的预测估计。
(434)
fXkk1Φkk1Xk1
(435)(436)
所以
XkΦkk1Xk1KkykCkΦkk1Xk1预测修正加权新息
其中Kk修正加权称为增益矩阵,它决定着递推方向,质量。如何确定Kk是卡尔曼滤波器的核心。Kk建立成一种能够递推的结构形式把是卡尔曼的独到之处!实时性能好!只要增益矩阵Kk已知,就可以用(436)式递推地求得这一步的状态估计值。而Kk的大小反映了对观测yk和新息ykCkΦkk1Xk1的重视程度,直接影响到状态估计的准确性,是状态估计的关键。确定Kk的准则:最小均方误差准则。
JExkxkTxkxkmi
(437)(438)
即
JtrExkxkTxkxktrPkmi
KK
def
其中tr表示方阵迹,即对角元之和。Pk是状态估计的均方误差矩阵。极小化J,即
trPk0,Kk
求Kk。选择Kk使J最小,得卡尔曼滤波器递推公式为:
Pkk1Φkk1Pk1ΦTkk1Qk1
TTKkPkk1CkCKPkk1CkRk
(439)
(440)
1
(441)(442)(443)
XkΦkk1Xk1KkykCkΦkk1Xk1
PkIKKCKPkk1
Pkk1,KK,和PK的计算与观测yK无关,只要条件容许,可以事先计算好,而实时滤波只要递推Xk求状态估计即可。
卡尔曼滤波:是时域内不断地“预测修正递推”过程。
f1)PK小说明预测较准,K也小减小修正,若在k1时刻输入噪声wk1很小一步预测误差Pkk1很小由KkPkk1CkTCKPkk1CkTRk≈0,再由XkΦkk1Xk1KkykCkΦkk1Xk1Φkk1Xk1既无须考虑观测量的修正,只用状态方程即可,这符合逻辑。
2)K大说明预测Φkk1Xk1不准,较大,PK重视新息修正KkykCkΦkk1Xk1
的作用,(加大实际观测与模型估计的修正作用)。
1
3)如果在k时刻观测噪声Rk很小(441)
Kk≈Pkk1CkTCKPkk1CkTr