Freezing_ 发表于 2012-8-21 22:25:01

对于【卡尔曼滤波】和【数字滤波】之间的理解和疑惑

最近啃资料做算法，对卡尔曼滤波算法有点理解和疑惑，贴出来请大家指教

卡尔曼滤波一共有5个公式

从公式上看也就是利用前一次的状态值，预测当前状态，是陀螺仪在起主要作用
频繁的用到了前2个公式

所谓的数据融合，也就是在一个特定的条件下，运行公式3--5，更新（修正）当前状态值

这是今天对卡尔曼的理解

其实说到底，就是滤波，数据融合什么的就是一个数据修正

那么，如果我使用数字滤波器，将传感器的数据进行效果比较好的滤波，那么是否可以抛弃卡尔曼滤波？
在一个合适的时间，用加速度和磁传感器数值，修正当前姿态，然后继续使用陀螺仪确定当前姿态，是否可以达到相同的效果

如果上面的方法可行，或者结果接近，那么卡尔曼的优势在哪里？节省时间和资源？

导航的数据处理，如果使用fpga，资源速度什么的够用，可以有别的算法么？

Freezing_ 发表于 2012-8-21 22:42:43

或者可不可以这样

传感器数据先经过数字滤波器滤除机体自身抖动和毛刺，然后再经过卡尔曼，这样可行么？

zlliu3_09 发表于 2012-8-21 23:20:36

你去百度文库搜一下 互补滤波器
有个MIT的PPT可以看一下 然后你应该就懂了

js200300953 发表于 2012-8-21 23:45:19

我也不懂，顺带问个问题：
卡尔曼滤波是不是要求噪声是高斯噪声？
如果是，机架振动导致的噪声不是高斯噪声啊，如何处理？

Freezing_ 发表于 2012-8-22 08:27:05

本帖最后由 Freezing_ 于 2012-8-22 08:28 编辑

zlliu3_09 发表于 2012-8-21 23:20 static/image/common/back.gif
你去百度文库搜一下 互补滤波器
有个MIT的PPT可以看一下 然后你应该就懂了 ...

互补滤波我的理解就是对陀螺的【积分结果】和加速度计【直接所得结果】进行【加权】得到当前角度
相比卡尔曼更简单，而且有篇文章中实验结果是卡尔曼和互补结果差不多
而且互补滤波更简单

我理解的互补滤波中的高通是抑制陀螺漂移，低通是消除加速度计的干扰
现在疑惑是：需要对传感器数据进行预处理，【消除抖动与干扰】后再利用卡尔曼和互补等方法滤波融合数据么？

Freezing_ 发表于 2012-8-22 08:38:30

这个视频对比了互补滤波，卡尔曼，扩展卡尔曼的效果
左边绿色的是互补，中间红色是卡尔曼，蓝色的是扩展卡尔曼
视频中根据音乐节奏晃动，很欢乐啊~~~~

结论就是，
互补【相应速度】没有卡尔曼快
扩展卡尔曼比卡尔曼【稳定，抖动小】
http://player.youku.com/player.php/sid/XMzkxNzk4NjI4/v.swf

jokemcu 发表于 2012-8-23 17:20:35

这个软件应该是labview吧

error_dan 发表于 2012-8-23 18:54:59

6楼视频 有意思，马一个

xizi 发表于 2012-8-23 19:26:34

有高不可攀的感觉。普通工业场合用不上吧？

zlliu3_09 发表于 2012-8-23 22:43:15

Freezing_ 发表于 2012-8-22 08:27 static/image/common/back.gif
互补滤波我的理解就是对陀螺的【积分结果】和加速度计【直接所得结果】进行【加权】得到当前角度
相比卡 ...

我感觉不需要，因为所谓的干扰和毛刺本身就是噪声的一部分，卡尔曼滤波器就是为了过滤它们而设计的
一般所谓的预处理都是去除原始信号中的常值分量而保留随机分量，以进行趋势拟合处理

Freezing_ 发表于 2012-8-24 07:49:38

xizi 发表于 2012-8-23 19:26 static/image/common/back.gif
有高不可攀的感觉。普通工业场合用不上吧？

好多使用高频注入法驱动无刷电机，都采用的卡尔曼来处理反馈信号的

hanshiruo 发表于 2012-8-24 08:21:06

记号以后学习

skystalker 发表于 2012-8-24 10:12:36

本帖最后由 skystalker 于 2012-8-24 10:20 编辑

楼主如果你只是自己做着玩　不是要搞DJI那样的四轴　根本没必要上卡尔曼　只会徒增烦恼　用法不当　效果也不好　

Freezing_ 发表于 2012-8-24 11:19:11

skystalker 发表于 2012-8-24 10:12 static/image/common/back.gif
楼主如果你只是自己做着玩　不是要搞DJI那样的四轴　根本没必要上卡尔曼　只会徒增烦恼　用法不当　效果也 ...

你的意思是，在不精确的场合，卡尔曼有点高射炮打蚊子的感觉吗
在国内的期刊论文搜索的结果，大多数都是理论仿真的，工程应用的很少，而涉及到算法实现的部分，更是一句带过
要是自己做着玩，互补滤波我看着挺简单的，估计实现起来也比较容易

zz274510110 发表于 2012-8-24 21:45:31

seanwood 发表于 2012-8-24 08:58 static/image/common/back.gif
我对卡尔曼的理解，不正确的请指点：

卡尔曼简单点就是自己会变权值的互补滤波器。


总结得真好，小白我很认同，拨云见日~~

skystalker 发表于 2012-8-27 00:44:57

Freezing_ 发表于 2012-8-24 11:19 static/image/common/back.gif
你的意思是，在不精确的场合，卡尔曼有点高射炮打蚊子的感觉吗
在国内的期刊论文搜索的结果，大多数都是 ...

卡尔曼要求有量测 有正确的模型 有正确的噪声方差 这些做不到 就不要用卡尔曼了

lvyi913 发表于 2012-8-27 08:44:11

在飞思卡尔的小车比赛中也用到过卡尔曼滤波

zhseedling 发表于 2012-9-25 19:51:32

同样在研究，mark

beiguoqishi2 发表于 2012-12-17 22:18:10

Freezing_ 发表于 2012-8-22 08:38 static/image/common/back.gif
这个视频对比了互补滤波，卡尔曼，扩展卡尔曼的效果
左边绿色的是互补，中间红色是卡尔曼，蓝色的是扩展卡 ...

强人，算法啊算法....

kmani 发表于 2012-12-17 23:29:29

本帖最后由 kmani 于 2012-12-18 13:18 编辑

1分36秒到1分38秒时，中间的卡尔曼角度受加速度影响貌似有点大，误差也明显比其它两个要大。

chushibinsaobao 发表于 2014-1-7 11:33:04

感谢楼主分享，希望能开源一下，很想学习！哦对了 楼主 现在发现阿莫上没有人给我们这些初学者回答问题，很希望阿莫能越办越好，能为我们初学者提供一个很好的学习平台，谢谢

shuran 发表于 2014-1-8 10:12:46

卡尔曼滤波在使用时的噪声方差阵该如何选取啊？

木君之上 发表于 2014-2-26 16:52:25

感觉好混乱。。。。

茶亦爽 发表于 2014-2-26 17:06:33

卡尔曼滤波就就是求解最优解，他可以极大地减少由于陀螺仪本身的测量误差而导致的问题。

btcamel 发表于 2014-4-21 18:27:40

Freezing_ 发表于 2012-8-24 11:19
你的意思是，在不精确的场合，卡尔曼有点高射炮打蚊子的感觉吗
在国内的期刊论文搜索的结果，大多数都是 ...

说的很有道理， 国内的期刊论文水文真的很多。

firstzys 发表于 2014-4-22 17:13:10

6楼视频不错，赞一个

lukefan2008 发表于 2014-4-23 14:55:38

Freezing_ 发表于 2012-8-22 08:38
这个视频对比了互补滤波，卡尔曼，扩展卡尔曼的效果
左边绿色的是互补，中间红色是卡尔曼，蓝色的是扩展卡 ...

这个是单轴的，三轴的KF或者是EKF就变得相当复杂了的，不管是运算量还是复杂度，楼主后来有做过吗？

lukefan2008 发表于 2014-4-23 15:01:25

zlliu3_09 发表于 2012-8-23 22:43
我感觉不需要，因为所谓的干扰和毛刺本身就是噪声的一部分，卡尔曼滤波器就是为了过滤它们而设计的
一般 ...

个人感觉还是很有必要的，比如做低通和补偿之后，效果会好很多

lukefan2008 发表于 2014-4-23 15:03:32

Freezing_ 发表于 2012-8-24 11:19
你的意思是，在不精确的场合，卡尔曼有点高射炮打蚊子的感觉吗
在国内的期刊论文搜索的结果，大多数都是 ...

这也是国内写文章的那些人故弄玄虚的，我的硕士论文刚刚写完，导师第一句话是我写太多了，说把啥都写上去，人家照着做就能做出来的，就不能体现水平了

LYY 发表于 2014-4-25 11:02:00

lukefan2008 发表于 2014-4-23 15:03
这也是国内写文章的那些人故弄玄虚的，我的硕士论文刚刚写完，导师第一句话是我写太多了，说把啥都写上去 ...

怪不得好多基本的东西搜不到呢{:dizzy:}

点雨落山岚 发表于 2014-4-28 12:28:22

学习学习

生来孤独 发表于 2014-5-19 14:37:24

lukefan2008 发表于 2014-4-23 15:03
这也是国内写文章的那些人故弄玄虚的，我的硕士论文刚刚写完，导师第一句话是我写太多了，说把啥都写上去 ...

极其赞同你本人的做法！！这有助于知识的交流与学习

freefei 发表于 2014-9-17 14:34:27

贴个简单通俗的卡尔曼滤波5个公式的解释

xiong57785 发表于 2014-9-17 14:50:08

卡尔曼滤波 正需要 也发愁。。。。

zyjbcnmdb 发表于 2014-9-19 06:57:42

视频很给力，最近想研究研究卡尔曼滤波，不知道到底适合哪些场合。

nhw1234 发表于 2014-9-19 23:27:08

学习了啊

乘风归去 发表于 2015-1-27 20:34:05

Freezing_ 发表于 2012-8-21 22:42
或者可不可以这样

传感器数据先经过数字滤波器滤除机体自身抖动和毛刺，然后再经过卡尔曼，这样可行么？ ...

卡尔曼滤波现在做的工作就可以去除毛刺   噪声   震动的……

brelo 发表于 2015-3-26 20:47:55

mark!!!谢谢分享

brelo 发表于 2015-3-26 21:04:11

谢谢分享 mark

jr9910 发表于 2015-3-27 00:17:45

本帖最后由 jr9910 于 2015-3-27 00:19 编辑

通常我们所说的数字滤波是指FIR、IIR一类的数字滤波器，它们都是从频域设计出发处理确定性信号的。比如信号频带在0~100Hz，设计个截止频率100Hz的低通滤波器就能够压制带外信号。但是带内的信号和随机噪声就没有办法处理了。
Kalman滤波处理的是随机噪声驱动的线性系统，完成对状态的估计问题。之所以称为滤波，是有一些历史原因，因为产生之初的主要功能是从随机噪声中提取感兴趣的信号，但是状态又不完全等同于信号。接着数字滤波的问题来讲，带内存在有用的信号和随机噪声，怎样从中恢复出感兴趣的信号呢？技术之一就是Kalman滤波。因为处理的是随机噪声驱动的系统，所以与前面所说的数字滤波有本质的区别，当然最后Kalman滤波主要在数字域实现，所以也可以看做是一种广义的数字滤波器。

ranyanhao 发表于 2015-4-25 15:36:43

6楼的视频看起来互补滤波和扩展卡尔曼滤波效果相当呀！

lans0625 发表于 2015-4-25 15:39:41

卡尔曼滤波,一但理解了就简单了。。。。

laylovesb1314 发表于 2015-4-26 14:22:34

想了解了如果一个8M的avr单片机其机器周期是1/8M的时间，那么卡尔曼执行的速度是多少？互补滤波的速度是多少？

xiangbin099 发表于 2015-4-26 14:50:16

skystalker 发表于 2012-8-27 00:44
卡尔曼要求有量测 有正确的模型 有正确的噪声方差 这些做不到 就不要用卡尔曼了 ...

请问，互补滤波中的一些参数，比如里面的Kp Ki 还有就是采样频率，怎么确定呢？

tangcangeng 发表于 2015-4-26 15:09:24

嗯得自己好好分析一下区别了 我以前也有这种想法 ！

yoyomama513 发表于 2015-5-10 16:11:03

卡尔曼使用要求建立的模型满足卡尔曼公式的假设，这样才能出来最优的效果，否则的话可能还没平均滤波效果好呢；好多论文是严格按照公式提出的条件给的仿真所以效果好，工程中应用应该注意，不要只套用了形式

mahengyu 发表于 2017-6-7 11:04:10

jr9910 发表于 2015-3-27 00:17
通常我们所说的数字滤波是指FIR、IIR一类的数字滤波器，它们都是从频域设计出发处理确定性信号的。比如信号 ...

这个回帖至少是靠谱的
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