在我的DSP书中有关卡尔曼滤波器的章节中,似乎是出乎意料的指出,系统的固定卡尔曼滤波器

$$ \ begin {cases} x(t + 1)&= Ax (t)+ w(t)\\
y(t)&= Cx(t)+ v(t)
\ end {cases} $$

具有预测变量

$$ \ hat {x}(t + 1 | t)=(AA \ bar { K} C)\ hat {x}(t | t-1)+ A \ bar {K} y(t)$$

以及稳态矢量协方差和卡尔曼增益

$$ \ bar {P} = A \ bar {P} A ^ T-A \ bar {P} C ^ T(C \ bar {P} C ^ T + R)^ {-1} C \ bar {P} A ^ T + Q $$
$$ \ bar {K} = \ bar {P} C ^ T(C \ bar {P} C ^ T + R)^ {-1} $ $

其中$ Q $和$ R $分别表示输入噪声$ w $和测量噪声$ v $的协方差。

我看不到从最小方差预测器得出有人可以向我解释一下,还是可以指向衍生该表达形式的资源?这是随时间变化的最小方差滤波器,我可以得出:

$$ \ hat {x}(t + 1 | t)=(AK(t)C)\ hat {x }(t | t-1)+ K(t)y(t)$$
$$ P(t + 1 | t)= A \ left(P(t | t-1)-P(t | t-1)C ^ T(CP(t | t-1)C ^ T + R)^ {-1} CP(t | t-1)\ right)A ^ T + Q $$
$$ K(t)= AP(t | t-1)C ^ T(CP(t | t-1)C ^ T + R)^ {-1} $$

I'我只是不确定如何从此处转到上方的固定滤波器。

更新:我可以看到,替换$ \ bar {P} = P(t + 1 | t)= P(t | t-1)$和$ K(t)= A \ bar {K} $进入时变滤波器会产生固定滤波器,但是为什么要与$ A $相乘呢?这仅仅是一个不幸的符号选择的征兆,意味着$ K $或$ \ bar {K} $并不能真正代表卡尔曼增益?

评论

不,不可能从系统方程式中“看到”预测变量。我认为最好阅读一本有关卡尔曼滤波器的教科书,而不是要求我们为您派生它(这只会反省教科书中的某些内容)。 Anderson和Moore的最佳过滤可能是一个不错的起点。如果我没记错的话,它来自第5章。

@yoda:谢谢。我的问题是,是否有人可以向我提供比课程推荐的教科书更好的资源,所以这是一个答案。

@yoda:顺便说一句,以防我不清楚:我不是从状态空间系统中求出,而是从最小方差卡尔曼滤波器求出。我更新了问题,以使我更清楚地得出一个时不变卡尔曼滤波器,而不是平稳的。

您从上面什么文本得到的?如果有人可以访问它,它可能会很有用,这样我们就可以看到完整的上下文。

#1 楼

您的推导是正确的。

$ \ bar P = P(t | t-1)$和$ K(t)= A \ bar K $

这是您的困惑吗:


为什么卡尔曼增益和协方差矩阵表达式中没有$ t | t-1 $项?时间在变化吗?



书中符号的错误选择

让我们看一下表达式:
$ \ bar P = A \ bar PA ^ T-A \ bar PC ^ T(C \ bar PC ^ T + R)^ {-1} C \ bar PA ^ T + Q $。
$ \ bar P $是其自身函数的事实表明了递归关系。换句话说,它使用其过去的值。因此,它并非在所有时刻都是相同的-它在每次迭代中都会改变。


对“固定”一词的误解。

当书的作者说“平稳”时,他/她并不意味着$ P $和$ K $在所有时刻都具有相同的值。取而代之的是,作者想强调的是,对于所有统计实现,这些值的表达都是相同的。平稳性是一个统计概念,这意味着系统的统计信息始终都是相同的。再次查看$ \ bar P $和$ \ bar K $的表达式。它们仅取决于
\


自身的先前值
转换矩阵$ A $和$ C $是确定性的,在您的情况下是不变的($ A $和$ C $始终相同)
$ Q $和$ R $是噪声协方差矩阵。这两个矩阵描述了噪声的统计信息,并且在所有实现和时间实例中都是相同的。

对于该随机过程的所有实现,卡尔曼增益$ K $和状态协方差矩阵$ P $将具有相同的值。 (侧面注释:这两个术语都不取决于测量值$ y $。因此可以预先计算它们。)


结论:

您得出的“时变”方程与本书中的等价。此外,在符号上存在差异,您对更改和未更改有一点误解。

评论


$ \ begingroup $
我不记得我问这个问题时遇到了什么问题,但是现在这很有意义。谢谢!
$ \ endgroup $
–安德烈亚斯(Andreas)
13年3月20日在17:39

$ \ begingroup $
我不太明白这一点。那么,非平稳卡尔曼滤波器的方程将是什么样?
$ \ endgroup $
– Sandu Ursu
19-10-14在18:34