预测协方差矩阵

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机器感知
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假设机器人位姿为3维,每个landmark为2维,EKF中的状态向量为:
x=[xvy1y2⋯yn]T x=\left[\begin{matrix}x_v&y_1&y_2&\cdots&y_n\end{matrix}\right]^T x=[xvy1y2yn]T
运动方程和观测方程为:
xt=f(xt−1,ut,vt)zt=h(xt,ωt) x_t=f(x_{t-1},u_t,v_t)\\ z_t=h(x_t,\omega_t) xt=f(xt1,ut,vt)zt=h(xt,ωt)
故有:
Gt=I+[∂f∂x3×303×2n02n×302n×2n]=[F3×303×2n02n×3I2n×2n] G_t=I+\left[\begin{matrix}\frac{\partial{f}}{\partial{x}}_{3\times3}&0_{3\times2n}\\ 0_{2n\times3}&0_{2n\times2n}\end{matrix}\right]=\left[\begin{matrix}F_{3\times3}&0_{3\times2n}\\0_{2n\times3}&I_{2n\times2n}\end{matrix}\right] Gt=I+[xf3×302n×303×2n02n×2n]=[F3×302n×303×2nI2n×2n]
因此,协方差矩阵的预测值为:
Σ‾t=GtΣt−1GtT+Rt=[F3×303×2n02n×3I2n×2n]Σt−1[F3×3T03×2n02n×3I2n×2n]+Rt=[F3×303×2n02n×3I2n×2n][Δ3×31Δ3×2n2Δ2n×33Δ2n×2n4][F3×3T03×2n02n×3I2n×2n]+Rt=[F3×303×2n02n×3I2n×2n][Δ3×31F3×3TΔ3×2n2Δ2n×33F3×3TΔ2n×2n4]+Rt=[F3×3Δ3×31F3×3TF3×3Δ3×2n2Δ2n×33F3×3TΔ2n×2n4]+Rt \begin{align} \overline{\Sigma}_t&=G_t\Sigma_{t-1}G_t^T+R_t\\ &= \left[\begin{matrix}F_{3\times3}&0_{3\times2n}\\0_{2n\times3}&I_{2n\times2n}\end{matrix}\right]\Sigma_{t-1} \left[\begin{matrix}F_{3\times3}^T&0_{3\times2n}\\0_{2n\times3}&I_{2n\times2n}\end{matrix}\right]+R_t\\ &=\left[\begin{matrix}F_{3\times3}&0_{3\times2n}\\0_{2n\times3}&I_{2n\times2n}\end{matrix}\right]\left[\begin{matrix} \Delta^1_{3\times3}&\Delta^2_{3\times2n}\\ \Delta^3_{2n\times3}&\Delta^4_{2n\times2n} \end{matrix}\right] \left[\begin{matrix}F_{3\times3}^T&0_{3\times2n}\\0_{2n\times3}&I_{2n\times2n}\end{matrix}\right]+R_t\\ &=\left[\begin{matrix}F_{3\times3}&0_{3\times2n}\\0_{2n\times3}&I_{2n\times2n}\end{matrix}\right]\left[\begin{matrix} \Delta^1_{3\times3}F_{3\times3}^T&\Delta^2_{3\times2n}\\ \Delta^3_{2n\times3}F_{3\times3}^T&\Delta^4_{2n\times2n} \end{matrix}\right]+R_t\\ &=\left[\begin{matrix} F_{3\times3}\Delta^1_{3\times3}F_{3\times3}^T&F_{3\times3}\Delta^2_{3\times2n}\\ \Delta^3_{2n\times3}F_{3\times3}^T&\Delta^4_{2n\times2n} \end{matrix}\right]+R_t \end{align} Σt=GtΣt1GtT+Rt=[F3×302n×303×2nI2n×2n]Σt1[F3×3T02n×303×2nI2n×2n]+Rt=[F3×302n×303×2nI2n×2n][Δ3×31Δ2n×33Δ3×2n2Δ2n×2n4][F3×3T02n×303×2nI2n×2n]+Rt=[F3×302n×303×2nI2n×2n][Δ3×31F3×3TΔ2n×33F3×3TΔ3×2n2Δ2n×2n4]+Rt=[F3×3Δ3×31F3×3TΔ2n×33F3×3TF3×3Δ3×2n2Δ2n×2n4]+Rt

综上,可以得出,预测协方差矩阵时,只要与机器人位姿相关的的协方差矩阵块都是有变化的,而仅与landmark相关的协方差矩阵块完全没有任何变化。

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