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无迹卡尔曼滤波(UKF)是处理非线性系统状态估计的强大工具,相比扩展卡尔曼滤波(EKF)无需计算雅可比矩阵。在MATLAB中实现UKF主要包含三个核心步骤:
首先是初始化阶段,需要设定过程噪声和观测噪声的协方差矩阵,这些参数直接影响滤波器的稳定性。同时要确定sigma点的分布参数,通常取α=1e-3,κ=0,β=2。
预测步骤采用无迹变换处理非线性模型:通过精心选择的sigma点集来捕捉状态分布,这些点经过非线性系统模型传播后,用加权统计方法重新计算均值和协方差。这种方式比EKF的线性近似更准确。
更新步骤将预测结果与实际观测值比较:通过计算卡尔曼增益来调整预测状态,这个增益矩阵决定了我们更信任预测值还是观测值。MATLAB的矩阵运算能力特别适合处理这些复杂的协方差计算。
对于初学者,建议从修改MATLAB自带的UKF示例开始,注意调整过程噪声参数Q和观测噪声参数R。实践中常见问题是参数设置不当导致发散,可通过蒙特卡洛仿真来调参。