Cubature Kalman Filters

数学 非线性系统 卡尔曼滤波器 状态向量 力矩(物理) 维数(图论) 计算机科学 应用数学 算法 滤波器(信号处理) 组合数学 统计 物理 经典力学 量子力学 计算机视觉
作者
Ienkaran Arasaratnam,S. Haykin
出处
期刊:IEEE Transactions on Automatic Control [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:54 (6): 1254-1269 被引量:2907
标识
DOI:10.1109/tac.2009.2019800
摘要

In this paper, we present a new nonlinear filter for high-dimensional state estimation, which we have named the cubature Kalman filter (CKF). The heart of the CKF is a spherical-radial cubature rule, which makes it possible to numerically compute multivariate moment integrals encountered in the nonlinear Bayesian filter. Specifically, we derive a third-degree spherical-radial cubature rule that provides a set of cubature points scaling linearly with the state-vector dimension. The CKF may therefore provide a systematic solution for high-dimensional nonlinear filtering problems. The paper also includes the derivation of a square-root version of the CKF for improved numerical stability. The CKF is tested experimentally in two nonlinear state estimation problems. In the first problem, the proposed cubature rule is used to compute the second-order statistics of a nonlinearly transformed Gaussian random variable. The second problem addresses the use of the CKF for tracking a maneuvering aircraft. The results of both experiments demonstrate the improved performance of the CKF over conventional nonlinear filters.
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