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粒子滤波(PF)、扩展卡尔曼滤波(EKF)、无迹卡尔曼滤波(UKF)、无迹粒子滤波(UPF)、边缘粒子滤波(EPF)以及马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)算法是贝叶斯估计领域中常用的非线性滤波方法。
粒子滤波是一种基于蒙特卡洛模拟的序贯重要性采样技术,适用于非高斯和非线性系统。它通过一组随机样本(粒子)来近似表示后验概率分布,每个粒子都有对应的权重,通过重采样步骤来避免粒子退化问题。
扩展卡尔曼滤波是对标准卡尔曼滤波的改进,通过线性化非线性函数来处理非线性系统。虽然计算效率高,但在强非线性情况下可能会引入较大误差。
无迹卡尔曼滤波采用无迹变换来近似非线性函数的统计特性,避免了雅可比矩阵的计算,通常比EKF具有更好的精度。
无迹粒子滤波结合了UKF和PF的优点,利用无迹变换生成更好的提议分布,提高了粒子滤波的效率。边缘粒子滤波则专注于状态向量的边缘分布估计,适用于高维状态空间。
MCMC方法通过构建马尔可夫链来从复杂分布中采样,常用于解决高维积分和优化问题。在滤波问题中,MCMC可以作为粒子滤波的改进手段,帮助生成更具代表性的样本。
这些算法各有特点:KF类方法计算高效但对非线性适应性有限;PF类方法灵活但可能存在样本贫化;MCMC能处理复杂分布但计算量大。实际应用中需要根据系统特性、计算资源和精度要求进行选择。