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对于【卡尔曼滤波】和【数字滤波】之间的理解和疑惑

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发表于 2012-8-21 22:25:01 | 显示全部楼层 |阅读模式
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?

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 楼主| 发表于 2012-8-21 22:42:43 | 显示全部楼层
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?
发表于 2012-8-21 23:20:36 | 显示全部楼层
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
发表于 2012-8-21 23:45:19 | 显示全部楼层
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?
 楼主| 发表于 2012-8-22 08:27:05 | 显示全部楼层
本帖最后由 Freezing_ 于 2012-8-22 08:28 编辑
zlliu3_09 发表于 2012-8-21 23:20
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?
 楼主| 发表于 2012-8-22 08:38:30 | 显示全部楼层
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
发表于 2012-8-23 17:20:35 | 显示全部楼层
这个软件应该是labview吧
发表于 2012-8-23 18:54:59 | 显示全部楼层
6楼视频 有意思,马一个
发表于 2012-8-23 19:26:34 | 显示全部楼层
有高不可攀的感觉。普通工业场合用不上吧?
发表于 2012-8-23 22:43:15 | 显示全部楼层
Freezing_ 发表于 2012-8-22 08:27
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
 楼主| 发表于 2012-8-24 07:49:38 | 显示全部楼层
xizi 发表于 2012-8-23 19:26
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
发表于 2012-8-24 08:21:06 | 显示全部楼层
记号以后学习
发表于 2012-8-24 10:12:36 | 显示全部楼层
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 
 楼主| 发表于 2012-8-24 11:19:11 | 显示全部楼层
skystalker 发表于 2012-8-24 10:12
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
发表于 2012-8-24 21:45:31 | 显示全部楼层
seanwood 发表于 2012-8-24 08:58
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~~
发表于 2012-8-27 00:44:57 | 显示全部楼层
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 ...


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
发表于 2012-8-27 08:44:11 来自手机 | 显示全部楼层
在飞思卡尔的小车比赛中也用到过卡尔曼滤波

发表于 2012-9-25 19:51:32 | 显示全部楼层
同样在研究,mark
发表于 2012-12-17 22:18:10 | 显示全部楼层
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 ...

强人,算法啊算法....
发表于 2012-12-17 23:29:29 | 显示全部楼层
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。
发表于 2014-1-7 11:33:04 | 显示全部楼层
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
发表于 2014-1-8 10:12:46 | 显示全部楼层
卡尔曼滤波在使用时的噪声方差阵该如何选取啊?
发表于 2014-2-26 16:52:25 | 显示全部楼层
感觉好混乱。。。。
发表于 2014-2-26 17:06:33 | 显示全部楼层
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。
发表于 2014-4-21 18:27:40 | 显示全部楼层
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。
发表于 2014-4-22 17:13:10 | 显示全部楼层
6楼视频不错,赞一个
发表于 2014-4-23 14:55:38 | 显示全部楼层
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?
发表于 2014-4-23 15:01:25 | 显示全部楼层
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
发表于 2014-4-23 15:03:32 | 显示全部楼层
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
发表于 2014-4-25 11:02:00 | 显示全部楼层
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
发表于 2014-4-28 12:28:22 | 显示全部楼层
学习学习
发表于 2014-5-19 14:37:24 | 显示全部楼层
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
发表于 2014-9-17 14:34:27 | 显示全部楼层
贴个简单通俗的卡尔曼滤波5个公式的解释
发表于 2014-9-17 14:50:08 | 显示全部楼层
卡尔曼滤波 正需要 也发愁。。。。
发表于 2014-9-19 06:57:42 | 显示全部楼层
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。
发表于 2014-9-19 23:27:08 | 显示全部楼层
学习了啊
发表于 2015-1-27 20:34:05 | 显示全部楼层
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……
发表于 2015-3-26 20:47:55 | 显示全部楼层
mark!!!谢谢分享
发表于 2015-3-26 21:04:11 | 显示全部楼层
谢谢分享 mark
发表于 2015-3-27 00:17:45 | 显示全部楼层
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。
发表于 2015-4-25 15:36:43 | 显示全部楼层
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!
发表于 2015-4-25 15:39:41 | 显示全部楼层
卡尔曼滤波,一但理解了就简单了。。。。
发表于 2015-4-26 14:22:34 | 显示全部楼层
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?
发表于 2015-4-26 14:50:16 | 显示全部楼层
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?
发表于 2015-4-26 15:09:24 | 显示全部楼层
嗯  得自己好好分析一下区别了 我以前也有这种想法 !
发表于 2015-5-10 16:11:03 | 显示全部楼层
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
发表于 2017-6-7 11:04:10 | 显示全部楼层
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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