对于【卡尔曼滤波】和【数字滤波】之间的理解和疑惑

Freezing_ · 发表于 2012-8-21 22:25:01

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
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
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
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
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
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
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
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

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

对于【卡尔曼滤波】和【数字滤波】之间的理解和疑惑

本帖子中包含更多资源

阿莫论坛20周年了！感谢大家的支持与爱护！！