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本文介绍了几种常见的状态估计算法及其变体的程序实现,涵盖从基础到高级的滤波方法。
卡尔曼滤波(KF)是最基础的状态估计算法,采用线性高斯假设,通过预测和更新两个步骤递归估计系统状态。其核心是协方差矩阵的传播与更新,适用于线性系统。
扩展卡尔曼滤波(EKF)针对非线性系统做了改进,通过对非线性函数进行一阶泰勒展开实现局部线性化。虽然计算效率较高,但在强非线性情况下可能产生较大误差。
无迹卡尔曼滤波(UKF)采用确定性采样策略,通过sigma点传播系统状态分布,避免了雅可比矩阵计算,对非线性系统有更好的适应性。
粒子滤波(PF)采用蒙特卡洛方法,通过一组随机粒子来近似状态分布。这种方法不受限于高斯假设,特别适合非高斯非线性系统,但计算量较大。
无迹粒子滤波(UPF)结合了UKF和PF的优势,使用UKF生成重要性密度函数来指导粒子采样。这种混合方法既保留了处理非高斯分布的能力,又提高了采样效率。
这些滤波算法各有特点,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。