Filtro de Kalman

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¿Qué es?

Estimación óptima del estado para sistemas lineales con ruido gaussiano: predecir con el modelo, corregir con la medida y ponderar cada uno según su incertidumbre. La versión extendida linealiza con jacobianas. Se usa en todo receptor GPS, teléfono, dron y nave espacial (Apolo).

Fórmulas

K=P−H𝖳(HP−H𝖳+R)−1,x^=x^−+K(z−Hx^−)K = P^-H^{\mathsf T}\big(HP^-H^{\mathsf T} + R\big)^{-1}, \qquad \hat x = \hat x^- + K\big(z - H\hat x^-\big)
x^=σ22σ12+σ22x1+σ12σ12+σ22x2\hat x = \frac{\sigma_2^2}{\sigma_1^2 + \sigma_2^2}x_1 + \frac{\sigma_1^2}{\sigma_1^2 + \sigma_2^2}x_2
la intuición en 1D: promediar dos estimaciones fiándose más de la menos ruidosa

Las matemáticas que hay detrás

  • Varianza★★★★★fundamental

    La ganancia de Kalman pondera predicción y medida según sus varianzas.

  • Distribuciones continuas★★★★★fundamental

    Las hipótesis de ruido gaussiano hacen que el filtro de Kalman sea óptimo y de forma cerrada.

  • Matrices y aplicaciones lineales★★★★★frecuente

    La transición de estado, la observación y la actualización de covarianzas son productos de matrices.

  • Diferencial total y linealización★★★★★frecuente

    El filtro de Kalman extendido linealiza la dinámica y los sensores no lineales en la estimación actual.

  • Matriz jacobiana★★★★★frecuente

    El filtro de Kalman extendido propaga covarianzas con las jacobianas de los modelos de dinámica y de medida.

  • Función de densidad de probabilidad★★★★★frecuente

    El filtro de Kalman propaga densidades gaussianas del estado a través de predicciones y medidas.

Esta página tiene lo esencial. Un desarrollo más completo (intuición, definición formal, ejemplo resuelto) está en camino.

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