在AGV小車係統中,擴展卡爾曼濾波器(EKF)和標準卡爾(ěr)曼濾波器(KF)的區別主要體現在(zài)以下幾個方麵:
適用係(xì)統
KF:主要處理線性係統,即係統(tǒng)的狀態轉移方程和觀測方程(chéng)都可以用線性關係來描述。例如在一些簡單的AGV小車導航場景中,車輛的運動可以近似(sì)為勻速(sù)直線運動,傳感器(qì)的觀測值(zhí)(如位置(zhì)、速度等)與係統狀態之間也存在線性關係,此時KF能夠有(yǒu)效地對係統狀態進行最優估計。
EKF:適用於非(fēi)線性係統的狀態估計。在AGV小車係統中,車輛的運動方程和觀測方程往(wǎng)往是(shì)非線性的,例如車輛的轉向、加速、減速等動作(zuò)會導致運動(dòng)狀態(tài)的非線性變化,傳感器的測(cè)量模型也(yě)可(kě)能存在非線性關係,這時候就需要使用EKF來處理(lǐ)。
原理
KF:以最小均方誤差為估(gū)計的最(zuì)佳準則,通過信號與噪聲(shēng)的狀態空間模型,利用前一時刻的估計(jì)值和現時刻的(de)觀測值來更新對狀態變量(liàng)的估計,從而求(qiú)得現時刻的最(zuì)優估計值。其基本思想可(kě)以概括為預測和更新兩個步(bù)驟。預測階段根據前一個狀態預測下一個狀態,包括位置和相(xiàng)應的協方差矩陣。更新階段則通(tōng)過觀測數據對(duì)預測結果進行修正,得到最終的狀態估計。
EKF:是KF的擴展形式,其基(jī)本原理是將非線性函數在估計值附近(jìn)進行泰勒級數展開,並忽(hū)略二(èr)階及以上的高階項,從而將非(fēi)線性(xìng)問題近似為線性問題。然後,利用KF的框架進行狀態估計,也包括預測和更新兩個步驟。在預測步(bù)驟中(zhōng),根據上一(yī)時刻的狀態估計值(zhí)和(hé)控製輸入,預測當前時刻的狀(zhuàng)態值;在更新步驟中(zhōng),根據當前時刻的觀測值和(hé)預測值,計算卡爾曼增益,並(bìng)更新狀態(tài)估計(jì)值。
精度
KF:在處理線性係統(tǒng)時,能夠得到較為精確的狀態估計。但對於非線性係統,由於其假設係(xì)統是線性的,當係統存在非線性特性時,直接使用KF可能會導致較大的估(gū)計誤差,甚至無(wú)法準確估計係統狀態。
EKF:通過對(duì)非(fēi)線性係統進行線性化近似,能夠(gòu)在一定程度上處理非線(xiàn)性問題,在非線性程度不是特別高的情況下,相比KF能夠得到更(gèng)準確的(de)狀態估計。但由於其線性化過程會引入(rù)一定的誤差,當係統的非線性程度較高時,線性化誤差可能會累積,導致估計精度下降。
計算量
KF:算法相對(duì)簡單,計算(suàn)量較小,比較容易滿足實時計算的(de)要求,適合在對實時(shí)性要求較高且計(jì)算資源有限的AGV小車係統中應用。
EKF:需要對非線性函數進行(háng)泰勒級數展開和求導等操作,計算過(guò)程相對複雜,計算量比KF大。在(zài)一些對實時性要求較高的AGV小車係統(tǒng)中,可能需要對算法進行優化(huà),以減少計算量,滿足實(shí)時性要求。
應用場景
KF:適用於線性(xìng)度較好,或者對精度要(yào)求不高的AGV小(xiǎo)車係統。例如在(zài)一些簡單的、運動較為平穩的AGV小車導航場景中,KF可以滿(mǎn)足基本的狀態估計需求。
EKF:更適合非線性程度較高,對(duì)精度要(yào)求較高的AGV小車係統。例如在複雜的AGV小車運動場景中,車輛需要(yào)頻繁轉向、加速、減速,或者在存在複雜環境幹擾的情況下,EKF能夠更好地處理非線性問題,提供更準確的(de)狀態估計,從而提高AGV小車的導航精度(dù)和穩定性(xìng)。