卡爾曼濾波器及多傳感狀態融合估計算法

2021-01-11 電子產品世界

採用CarlsON 最優數據融合準則, 將基於Kalman 濾波的多傳感器狀態融合估計方法應用到雷達跟蹤系統。仿真實驗表明,多傳感器Kalman 濾波狀態融合估計誤差小於單傳感器Kalman 濾波得出的狀態估計誤差,驗證了方法對雷達跟蹤的有效性。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/162520.htm

  隨著科學技術的發展, 特別是微電子技術、集成電路技術、計算機技術、信號處理技術及傳感器技術的發展, 多傳感器信息融合已經發展成為一個新的研究領域, 並在軍用領域和民用領域均得到了廣泛應用。

  多傳感器信息融合的基本原理如同人腦綜合處理信息的過程, 即充分利用多個傳感器資源, 通過對各種傳感器及其觀測信息的合理支配與使用, 將各種傳感器在空間和時間上的互補與冗餘信息依據某種優化準則組合起來, 從而得出更為準確、可靠的結論。

  現代戰爭的多樣性和複雜性提出了對信息處理更高的要求, 信息融合可對多傳感器提供的多種觀測信息進行優化綜合處理, 從而獲取目標狀態、識別目標屬性、分析目標意圖與行為, 為電子對抗、精確制導等提供作戰信息。本文將基於Kalman 濾波的多傳感器狀態融合估計方法應用到雷達跟蹤系統。仿真實驗表明, 三個傳感器融合所獲得的估計值都更加貼近於目標信號, 因而提高了對雷達系統的跟蹤精度。

  1 卡爾曼濾波器

  多傳感信息融合的主要任務之一就是利用多傳感器信息進行目標的狀態估計。目前, 進行狀態估計的方法很多,Kalman 濾波器是一種常用方法。Kalman 濾波器在機動目標跟蹤中具有良好的性能, 它是最佳估計並能夠進行遞推計算, 即它只需要當前的一個測量值和前一個採樣周期的預測值就能進行狀態估計。

  考慮一個離散時間的動態系統, 它有如下形式:


  針對動態系統(1) 和(2) ,Kalman 遞推濾波算法如下:



  2 多傳感狀態融合估計算法

  單採樣率多傳感器狀態融合估計的研究方法主要有基於概率論的方法、基於Kalman 濾波的方法、基於推理網絡的方法、基於模糊理論的方法、基於神經網絡的方法, 以及基於小波、熵、類論、隨機集、生物學靈感、Choquet 積分的方法等等。基於Kalman 濾波的方法由於具有操作簡單、計算量小、實時性強等優點, 得到最為廣泛的研究。

  下面重點介紹基於Kalman 濾波的分布式數據融合狀態估計算法。設多傳感器系統有如下形式:


  狀態向量初始值x(0)為一隨機向量, 並且有:


  假設x (0)、w (k) 和v (i,k) 之間是統計獨立的,i =1,2,…,N 表示傳感器。數據融合的目的是通過合理利用這些傳感器的觀測信息, 獲得狀態的最優估計值。


相關焦點

  • 基於卡爾曼濾波器及多傳感狀態的融合估計算法介紹
    採用CarlsON 最優數據融合準則, 將基於Kalman 濾波的多傳感器狀態融合估計方法應用到雷達跟蹤系統。仿真實驗表明,多傳感器Kalman 濾波狀態融合估計誤差小於單傳感器Kalman 濾波得出的狀態估計誤差,驗證了方法對雷達跟蹤的有效性。
  • 為什麼叫「卡爾曼」,卡爾曼濾波器算法介紹
    上面的Kg,就是卡爾曼增益(Kalman Gain)。他可以隨不同的時刻而改變他自己的值,是不是很神奇!  下面就要言歸正傳,討論真正工程系統上的卡爾曼。  3、卡爾曼濾波器算法(The Kalman Filter Algorithm)  在這一部分,我們就來描述源於Dr Kalman 的卡爾曼濾波器。
  • 為什麼叫「卡爾曼」?卡爾曼濾波器算法介紹
    我們現在要學習的卡爾曼濾波器,正是源於他的博士論文和1960年發表的論文《A New Approach to Linear Filtering and Prediction Problems》(線性濾波與預測問題的新方法)。簡單來說,卡爾曼濾波器是一個「最優化自回歸數據處理算法」。
  • 卡爾曼濾波及其衍生算法在SOC估計中的應用
    卡爾曼濾波作為一種去除幹擾數據,獲得優質估計結果的優秀算法,在許多領域得到應用。無人機定位、實驗數據處理以及動力電池的SOC、SOH等,需要作出參數估計的領域都有應用。本文意在初步的表述我可以理解到的卡爾曼濾波及其衍生算法的物理意義和算法間的區別。
  • 【強基固本】卡爾曼濾波器
    轉載來源:https://longaspire.github.io/blog/卡爾曼濾波/Kalman Filter (KF) 是一個高效的遞歸濾波器,它可以實現從一系列的噪聲觀測中,估計動態系統的狀態。01卡爾曼濾波器以它的發明者Rudolf. Emil. Kalman先生(2016年去世,向這位傳奇的科學家致敬)而命名。
  • 視頻教程 | 理解卡爾曼濾波器(英語中字)
    卡爾曼濾波器是一種優化估算算法,用於在不確定和間接測量的情況下估算系統狀態。本視頻教程由7個小節組成,系統介紹了卡爾曼濾波器,言簡意賅,適合入門。各個小節的主要內容為:第一節:通過幾個案例了解使用卡爾曼濾波器的常見場景。了解卡爾曼濾波器背後的工作原理。第二節:介紹了解狀態觀測器的工作原理,並解釋其背後的數學原理。在無法直接測量時,使用狀態觀測器估算系統的內部狀態。
  • 面向軟體工程師的卡爾曼濾波器
    與我的朋友交談時,我經常聽到:「哦,卡爾曼(Kalman)濾波器……我經常學它,然後我什麼都忘了」。好吧,考慮到卡爾曼濾波器(KF)是世界上應用最廣泛的算法之一(如果環顧四周,你80%的技術可能已經在內部運行某種KF),讓我們嘗試將其弄清楚。
  • 卡爾曼與卡爾曼濾波
    ③當觀測數據和狀態聯合服從高斯分布時用卡爾曼遞歸公式計算得到的是高斯隨機變量的條件均值和條件方差,從而卡爾曼濾波公式給出了計算狀態的條件概率密度的更新過程線性最小方差估計,也就是最小方差估計。形式卡爾曼濾波已經有很多不同的實現,卡爾曼最初提出的形式一般稱為簡單卡爾曼濾波器。
  • 擴展卡爾曼濾波器在同步電機無速度矢量控制系統中的應用
    2 卡爾曼濾波器  卡爾曼濾波器採用遞歸算法,利用系統當前的已知信息(包括系統的觀測序列和前一時刻的狀態)去估計系統的狀態變量因為它其會利用反饋對估計的狀態變量進行修正,使估計的誤差方差減小,所以卡爾曼濾波器是一種最優估計算法。卡爾曼濾波器是一種線性估計,即要求估計的狀態和觀測序列與狀態是線性關係。
  • 使用卡爾曼濾波器和路標實現機器人定位
    卡爾曼濾波器允許我們結合當前狀態的不確定和它的傳感器測量的不確定來理想地降低機器人的總體不確定程度。這兩類不確定通常用高斯概率分布或正態分布來描述。高斯分布有2個參數:均值和方差。均值表示最高概率的值,方差表示我們認為這個均值有多大的不確定性。 卡爾曼濾波器運行2個步驟。在預測步驟,卡爾曼濾波器以當前狀態變量值生成預測和不確定度。
  • 卡爾曼濾波器的工作原理(一)
    視頻演示了一個卡爾曼濾波器通過測量一個自由浮動物體的速度計算出它的方向。1.卡爾曼濾波器是什麼?可以在任何有關某些動態系統的不確定信息的地方使用卡爾曼濾波器,並且可以對有關系統下一步做什麼進行有根據的預測。
  • 車載毫米波雷達之大話卡爾曼濾波
    而今自動駕駛技術蓬勃發展,讓越來越多人關注行車安全。核心傳感器之一——毫米波雷達,在自動駕駛技術中扮演著舉足輕重的作用。毫米波雷達在實際應用中,當在對目標進行距離、角度測量時,往往會受到多因素影響,一旦處理不好,就會產生漏警或虛警等結果,其後果是相當嚴重的!所以,卡爾曼濾波在毫米波雷達的應用上,就扮演著至關重要的角色。
  • 卡爾曼濾波是怎麼回事?
    維納濾波就是一個典型的降噪濾波器。卡爾曼濾波Kalman Filter 算法,是一種遞推預測濾波算法。Kalman Filter 提供了一種高效可計算的方法來估計過程的狀態,並使估計均方誤差最小。卡爾曼濾波器應用廣泛且功能強大:它可以估計信號的過去和當前狀態,甚至能估計將來的狀態,即使並不知道模型的確切性質。
  • 開發者說 | 手把手教你寫卡爾曼濾波器
    無人駕駛技術入門軟體篇已經介紹了傳感器數據的解析和傳感器信息的坐標轉換。這兩步完成後,我們就會獲得某一時刻,自車坐標系下的各種傳感器數據。這些數據包括障礙物的位置、速度;車道線的曲線方程、車道線的類型和有效長度;自車的GPS坐標等等。這些信號的組合,表示了無人車當前時刻的環境信息。由於傳感器本身的特性,任何測量結果都是有誤差的。
  • 基於卡爾曼濾波器和CAN智能從站技術實現開關磁阻電機調速系統設計
    卡爾曼濾算法是一種遞推算法,對於系統存在過程及測量噪聲,狀態變量受到汙染,可以利用卡爾曼濾波技術進行處理。本文將卡爾曼濾波器與傳統的PID控制相結合,使SRD控制效果得到明顯改善。 1、系統設計方案 基於CAN總線的開關磁阻電機遠程控制系統如圖1所示。系統主要包括PC(上位機)、RS-485與CAN結合的通信網絡、CAN智能節點與開關組電機四大部分。
  • 深入淺出講解卡爾曼濾波(附Matlab程序)
    他的廣泛應用已經超過30年,包括機器人導航,控制,傳感器數據融合甚至在軍事方面的雷達系統以及飛彈追蹤等等。近年來更被應用於計算機圖像處理,例如頭臉識別,圖像分割,圖像邊緣檢測等等。 在學習卡爾曼濾波器之前,首先看看為什麼叫「卡爾曼」。跟其他著名的理論(例如傅立葉變換,泰勒級數等等)一樣,卡爾曼也是一個人的名字,而跟他們不同的是,他是個現代人!
  • 一代宗師卡爾曼
    卡爾曼濾波器(Kalman Filter),一言以蔽之,就是對一種按照某種固定方式變化的系統,用最優的方法去估計這個系統中某個狀態的值。卡爾曼的貢獻,一方面是證明了他提出的方法是「最優」的,另一方面則是完善了一整套理論去分析這種「按照某種固定方式的系統」。
  • 金融時序預測:狀態空間模型和卡爾曼濾波
    在考慮狀態空間架構時,通常我們感興趣的有三個主要方面: 預測,預測狀態的後續值 濾波,根據過去和現在的觀測值來估計狀態的當前值 平滑,根據觀測值估計狀態的過去值 我們將使用卡爾曼濾波器來執行上述各種類型的推理。
  • 技術|基於改進擴展卡爾曼濾波的鋰電池SOC估計
    【能源人都在看,點擊右上角加'關注'】導讀為了減小模型參數發生變化帶來的影響,提高鋰電池荷電狀態(SOC)的估計精度,提出了一種改進的擴展卡爾曼濾波算法(I-EKF)。電池荷電狀態(SOC)的定義是電池剩餘電量佔可用總電量的百分比。
  • 卡爾曼濾波的原理
    上面的Kg,就是卡爾曼增益(Kalman Gain)。他可以隨不同的時刻而改變他自己的值,是不是很神奇!下面就要言歸正傳,討論真正工程系統上的卡爾曼。3.卡爾曼濾波器算法(The Kalman Filter Algorithm)在這一部分,我們就來描述源於Dr Kalman 的卡爾曼濾波器。