SLAM14讲学习记录-状态估计问题

2024-02-18 21:30

本文主要是介绍SLAM14讲学习记录-状态估计问题,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

经典SLAM模型

x_{k}=f(x_{k-1},u_{k})+w_{k}

z_{k,j}=h(y_{j},x_{k})+v_{k,j}

通常假设两个噪声项w_{k}v_{k,j}满足高斯分布

w_{k}\sim N(0,R_{k}), v_{k,j}\sim N(0,Q_{k,j})

我们希望通过带噪声的数据z和u推断位资x和地图y(以及它们的概率分布),这构成了一个状态估计问题

状态估计问题大致分为两类:

  1. 增量方法,或称滤波器:尽关心当前时刻的状态估计x_{k},对之前的状态则不多考虑,具有马尔可夫性,即下个状态只和上个状态有关。
  2. 批量方法:我们可以把0到k时刻所有的输入和观测数据都放在一起,可以在更大范围达到最优化。

批量方法:

定义机器人位姿和路标点坐标为:

x=\left \{ x_{1},...,x_{N} \right \}y=\left \{ y_{1},...,y_{M} \right \}

用不带下标的u表示所有时刻的输入,z表示所有时刻的观测数据,已知输入数据u和观测数据z,求状态x,y的条件概率分布:

P\left ( x,y|z,u \right )

特别的,当不知道输入,只知道观测数据时,相当与估计P\left ( x,y|z \right ),此问题也成为SfM,即如何从许多图像中重建出三维结构。

利用贝叶斯法则,有:

P\left ( x,y|z,u \right )=\frac{P\left (z,u|x,y \right )P(x,y)}{P(z,u)}\propto P(z,u|x,y)P(x,y)

贝叶斯法则左侧称为后验概率,右侧P(z,u|x,y)成为似然,P(x,y)成为先验。

直接求后验分布是困难的,但求一个状态的最优估计,使得在该状态下后验概率最大化是可行的:

(x,y)_{MAP}^{*}=arg maxP(x,y|z,u)=arg maxP(z,u|x,y)P(x,y)

当没有先验时,可以求解最大似然估计

(x,y)_{MLE}^{*}=arg maxP(z,u|x,y)

似然:在现在的状态(位姿)下,可以产生怎样的观测数据。由于我们知道观测数据,则可以理解为:在什么样的状态(位姿)下,最可能产生现在观测到的数据。

最小二乘的引出:假设噪声项服从高斯分布w_{k}\sim N(0,R_{k})v_{k,j}\sim N(0,Q_{k,j}),则观测与输入数据的条件概率为:

P(z_{k,j}|x_{k},y_{j})=N(h(y_{j},x_{k}),Q_{k,j})

P(u_{k},x_{k-1},x_{k})=N(f(x_{k-1},x_{k}),R_{k})

假设各个时刻的输入与观测互相独立,则:

P(z,u|,x,y)=\prod_{k}P(u_{k}|x_{k-1},x_{k})\prod_{k}\prod_{j}P(z_{k,j}|x_{k},y_{j})

任意高维高斯分布x\sim N(u,\Sigma ),取其概率密度函数展开形式的负对数:

-ln(P(x))=\frac{1}{2}ln((2\pi ^{N})det(\Sigma ))+\frac{1}{2}(x-u)^{T}\Sigma ^{-1}(x-u)

因对数函数是单调增的,所以对原函数取最大值相当与对负对数取最小值,上式第一项与x无关,可以省略。因此,只要最小化右侧的二次型项,就得到了状态的最大似然估计。

二次型成为马哈拉诺比斯距离(马氏距离),高斯分布协方差矩阵之逆称为信息矩阵

带入SLAM模型:

令:

e_{u,k}=x_{k}-f(x_{k-1},u_{k})e_{z,j,k}=z_{k,j}-h(x_{k},y_{k})

得:

minJ(x,y)=\sum_{k}e_{u,k}^{T}R_{k}^{-1}e_{u,k}+\sum_{k}\sum_{j}e_{z,k,j}^{T}Q_{k,j}^{-1}e_{z,k,j}

 这样就得到了一个最小二乘问题,它的解等价于状态的最大似然估计。

 

这篇关于SLAM14讲学习记录-状态估计问题的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/722509

相关文章

Oracle查询优化之高效实现仅查询前10条记录的方法与实践

《Oracle查询优化之高效实现仅查询前10条记录的方法与实践》:本文主要介绍Oracle查询优化之高效实现仅查询前10条记录的相关资料,包括使用ROWNUM、ROW_NUMBER()函数、FET... 目录1. 使用 ROWNUM 查询2. 使用 ROW_NUMBER() 函数3. 使用 FETCH FI

关于@MapperScan和@ComponentScan的使用问题

《关于@MapperScan和@ComponentScan的使用问题》文章介绍了在使用`@MapperScan`和`@ComponentScan`时可能会遇到的包扫描冲突问题,并提供了解决方法,同时,... 目录@MapperScan和@ComponentScan的使用问题报错如下原因解决办法课外拓展总结@

MybatisGenerator文件生成不出对应文件的问题

《MybatisGenerator文件生成不出对应文件的问题》本文介绍了使用MybatisGenerator生成文件时遇到的问题及解决方法,主要步骤包括检查目标表是否存在、是否能连接到数据库、配置生成... 目录MyBATisGenerator 文件生成不出对应文件先在项目结构里引入“targetProje

C#使用HttpClient进行Post请求出现超时问题的解决及优化

《C#使用HttpClient进行Post请求出现超时问题的解决及优化》最近我的控制台程序发现有时候总是出现请求超时等问题,通常好几分钟最多只有3-4个请求,在使用apipost发现并发10个5分钟也... 目录优化结论单例HttpClient连接池耗尽和并发并发异步最终优化后优化结论我直接上优化结论吧,

Java内存泄漏问题的排查、优化与最佳实践

《Java内存泄漏问题的排查、优化与最佳实践》在Java开发中,内存泄漏是一个常见且令人头疼的问题,内存泄漏指的是程序在运行过程中,已经不再使用的对象没有被及时释放,从而导致内存占用不断增加,最终... 目录引言1. 什么是内存泄漏?常见的内存泄漏情况2. 如何排查 Java 中的内存泄漏?2.1 使用 J

Python MySQL如何通过Binlog获取变更记录恢复数据

《PythonMySQL如何通过Binlog获取变更记录恢复数据》本文介绍了如何使用Python和pymysqlreplication库通过MySQL的二进制日志(Binlog)获取数据库的变更记录... 目录python mysql通过Binlog获取变更记录恢复数据1.安装pymysqlreplicat

numpy求解线性代数相关问题

《numpy求解线性代数相关问题》本文主要介绍了numpy求解线性代数相关问题,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧... 在numpy中有numpy.array类型和numpy.mat类型,前者是数组类型,后者是矩阵类型。数组

解决systemctl reload nginx重启Nginx服务报错:Job for nginx.service invalid问题

《解决systemctlreloadnginx重启Nginx服务报错:Jobfornginx.serviceinvalid问题》文章描述了通过`systemctlstatusnginx.se... 目录systemctl reload nginx重启Nginx服务报错:Job for nginx.javas

Redis缓存问题与缓存更新机制详解

《Redis缓存问题与缓存更新机制详解》本文主要介绍了缓存问题及其解决方案,包括缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩等问题的成因以及相应的预防和解决方法,同时,还详细探讨了缓存更新机制,包括不同情况下的缓存更... 目录一、缓存问题1.1 缓存穿透1.1.1 问题来源1.1.2 解决方案1.2 缓存击穿1.2.1

vue解决子组件样式覆盖问题scoped deep

《vue解决子组件样式覆盖问题scopeddeep》文章主要介绍了在Vue项目中处理全局样式和局部样式的方法,包括使用scoped属性和深度选择器(/deep/)来覆盖子组件的样式,作者建议所有组件... 目录前言scoped分析deep分析使用总结所有组件必须加scoped父组件覆盖子组件使用deep前言