In this paper, we continue to study the derivative-free extended Kalman filtering (DF-EKF) framework for state estimation of continuous-discrete nonlinear stochastic systems. Having considered the Euler-Maruyama and It\^{o}-Taylor discretization schemes for solving stochastic differential equations, we derive the related filters' moment equations based on the derivative-free EKF principal. In contrast to the recently derived MATLAB-based continuous-discrete DF-EKF techniques, the novel DF-EKF methods preserve an information about the underlying stochastic process and provide the estimation procedure for a fixed number of iterates at the propagation steps. Additionally, the DF-EKF approach is particularly effective for working with stochastic systems with highly nonlinear and/or nondifferentiable drift and observation functions, but the price to be paid is its degraded numerical stability (to roundoff) compared to the standard EKF framework. To eliminate the mentioned pitfall of the derivative-free EKF methodology, we develop the conventional algorithms together with their stable square-root implementation methods. In contrast to the published DF-EKF results, the new square-root techniques are derived within both the Cholesky and singular value decompositions. A performance of the novel filters is demonstrated on a number of numerical tests including well- and ill-conditioned scenarios.


翻译:本文继续研究用于连续-离散非线性随机系统状态估计的无导数扩展卡尔曼滤波(DF-EKF)框架。在采用欧拉-丸山和伊藤-泰勒离散化方案求解随机微分方程的基础上,我们基于无导数EKF原理推导了相关滤波器的矩方程。与近期提出的基于MATLAB的连续-离散DF-EKF技术相比,新型DF-EKF方法保留了底层随机过程的信息,并在传播步骤中为固定迭代次数提供估计过程。此外,DF-EKF方法在处理具有高度非线性和/或不可微漂移函数及观测函数的随机系统时尤为有效,但代价是其数值稳定性(对舍入误差)较标准EKF框架有所降低。为消除无导数EKF方法的上述缺陷,我们开发了常规算法及其稳定的平方根实现方法。与已发表的DF-EKF结果不同,新型平方根技术同时在乔列斯基分解和奇异值分解框架下推导得出。通过一系列包含良态和病态场景的数值测试,验证了新型滤波器的性能。

0
下载
关闭预览

相关内容

卡尔曼滤波是一种高效率的递归滤波器(自回归滤波器),它能够从一系列的不完全及包含噪声的测量中,估计动态系统的状态。
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
21+阅读 · 2020年10月11日
W-net: Bridged U-net for 2D Medical Image Segmentation
Arxiv
20+阅读 · 2018年7月12日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
3+阅读 · 6月17日
相关VIP内容
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员