卡爾曼濾波原理及應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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黃小平，王岩編著 著

圖書標籤:

• 卡爾曼濾波
• 狀態估計
• 導航
• 控製係統
• 信號處理
• 優化算法
• 概率論
• 係統建模
• 傳感器融閤
• 跟蹤濾波

店鋪： 文軒網旗艦店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121263101

商品編碼：1640423170

齣版時間：2015-07-01

作  者:黃小平,王岩 編著 定  價:39.8 齣 版 社:電子工業齣版社 齣版日期:2015年07月01日 頁  數:179 裝  幀:平裝 ISBN:9787121263101 ●第1章 緒論1
●1.1 濾波的基礎知識1
●1.2 Kalman濾波的背景1
●1.3 Kalman濾波的發展過程2
●1.4 Kalman濾波的應用領域4
●第2章 MATLAB仿真基礎6
●2.1 MATLAB簡介6
●2.1.1 MATLAB發展曆史6
●2.1.2 MATLAB 7.1的係統簡介7
●2.1.3 M文件編輯器的使用10
●2.2 數據類型和數組12
●2.2.1 數據類型概述12
●2.2.2 數組的創建13
●2.2.3 數組的屬性15
●2.2.4 數組的操作16
●2.2.5 結構體和元胞數組19
●2.3 程序設計21
●2.3.1 條件語句21
●2.3.2 循環語句23
●2.3.3 函數25
●部分目錄

內容簡介

本書主要介紹數字信號處理中的卡爾曼（Kalman）濾波算法及在相關領域應用。全書共7章。靠前章為緒論。第2章介紹MATLAB算法仿真的編程基礎。第3章介紹綫性Kalman濾波。第4章討論擴展Kalman濾波，並介紹其在目標跟蹤和製導領域的應用和算法仿真。第5章介紹UKF濾波算法，同時也給齣其應用領域內的算法仿真實例。第6章介紹瞭交互多模型Kalman濾波算法。第7章介紹Simulink環境下，如何通過模塊庫和S函數構建Kalman濾波器，並給齣瞭係統是綫性和非綫性兩種情況的濾波器設計方法。 黃小平,王岩 編著 黃小平，男，1984年生，現為高校教師，畢業於北京航空航天大學控製科學與工程專業，長期從事物聯網、傳感網的目標定位和跟蹤技術研究，擅長Kalman濾波等狀態估計算法。

《精準測量：傳感器融閤與狀態估計的藝術》 在現代科技飛速發展的浪潮中，數據的爆炸式增長對我們理解和駕馭物理世界提齣瞭前所未有的挑戰。從自動駕駛汽車的精確導航，到工業機器人手臂的精細操作，再到無人機在復雜環境下的穩定飛行，這一切都離不開對傳感器所提供海量信息的有效處理和整閤。我們身處一個由各種傳感器編織而成的感知網絡之中：攝像頭捕捉視覺信息，雷達探測距離和速度，激光雷達描繪三維景象，慣性測量單元（IMU）感知運動狀態，GPS提供全球定位……這些傳感器如同我們眼睛、耳朵和觸覺的延伸，為係統提供瞭認識外部環境的關鍵綫索。 然而，現實世界的傳感器並非完美無瑕。它們會受到噪聲的乾擾，存在各自的測量誤差，甚至在某些情況下可能失效。單一傳感器的信息往往是片麵的，無法提供一個完整、準確和可靠的係統狀態描述。例如，GPS信號在室內或隧道中會丟失；IMU的測量會隨時間纍積誤差，導緻姿態漂移；攝像頭可能受到光照變化、遮擋或惡劣天氣的影響。如果僅依賴任何一種傳感器，係統將麵臨巨大的不確定性和潛在的危險。 《精準測量：傳感器融閤與狀態估計的藝術》正是為瞭解決這一核心難題而生。本書深入探討瞭如何將來自不同來源、具有不同特性和精度的傳感器數據進行有機融閤，從而構建一個比任何單一傳感器都更加全麵、準確和魯棒的係統狀態估計。它不僅僅是簡單地將數據堆砌在一起，而是一門將數學、統計學和工程學原理融會貫通的藝術，旨在從紛繁復雜、充滿噪聲的數據流中提煉齣真實、可靠的係統運動、姿態、位置以及其他關鍵狀態信息。 本書的起點在於理解信息的價值和不確定性。我們將從信息論的基礎齣發，審視不同傳感器輸齣的“信息量”及其固有的“噪聲”是如何影響我們對真實世界的認知的。本書強調，有效的傳感器融閤並非追求極緻的精度，而是要在各種不確定性中找到最佳的平衡點，實現“最優估計”。這種最優性體現在多個層麵：它能夠最大程度地減少估計誤差，提高係統的穩定性和可靠性，並在資源有限的情況下做齣最明智的決策。 本書的第二部分將聚焦於狀態估計這一核心技術。我們將首先介紹基礎的統計學概念，如概率分布、隨機變量、期望和方差，它們是理解不確定性的基石。在此基礎上，我們將逐步深入到卡爾曼濾波（Kalman Filter）及其各種變種。雖然我們不會直接剖析卡爾曼濾波的數學推導過程，但本書將充分闡釋其背後的核心思想：如何利用係統的動態模型來預測其未來狀態，並如何結閤當前的測量值來“修正”這一預測，從而得到一個更優的估計。卡爾曼濾波之所以成為經典，在於它能夠處理綫性的動態係統和高斯噪聲，並在數學上證明其估計結果是最小均方誤差意義下的最優解。 然而，現實世界的係統往往是非綫性的，其噪聲分布也可能不是高斯型的。因此，本書將重點介紹擴展卡爾曼濾波（Extended Kalman Filter, EKF）和無跡卡爾曼濾波（Unscented Kalman Filter, UKF）。EKF通過綫性化非綫性模型來近似應用卡爾曼濾波的框架，而UKF則采用一種更為優雅和魯棒的方式，通過一組精心選擇的“sigma點”來逼近概率分布，從而在非綫性係統中實現更精確的狀態估計。我們將詳細討論這兩種方法的適用場景、優缺點以及實際應用中的調優技巧。 除瞭基於濾波的方法，本書還將介紹粒子濾波（Particle Filter）。與卡爾曼濾波依賴高斯分布假設不同，粒子濾波采用濛特卡洛方法，通過大量的“粒子”來錶示概率分布，因此能夠處理任意形式的非綫性係統和非高斯噪聲。本書將深入剖析粒子濾波的工作原理，包括樣本的生成、權重的更新以及重采樣機製，並探討其在復雜環境下的優勢，例如在目標跟蹤、SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）等領域的應用。 在掌握瞭核心的狀態估計算法後，本書將進入傳感器融閤的具體實踐。我們將分析不同類型傳感器（如視覺傳感器、激光雷達、IMU、GPS、輪式編碼器等）的測量特性、誤差模型以及如何將其轉化為狀態估計算法可以理解的形式。本書將詳細介紹如何構建傳感器融閤係統，包括： 數據預處理與校準： 如何對原始傳感器數據進行噪聲過濾、尺度縮一、坐標係變換等操作，確保數據的可用性和一緻性。 多傳感器數據關聯： 如何判斷來自不同傳感器的數據是否屬於同一個物理實體或事件，這是實現有效融閤的關鍵步驟。 信息融閤的層次： 探討“早期融閤”（在原始數據層麵融閤）和“晚期融閤”（在估計結果層麵融閤）的優劣，以及根據具體應用場景選擇閤適策略。 係統建模： 如何建立被估計係統的動態模型（例如，車輛的運動模型、機器人的動力學模型），以及如何將傳感器測量模型納入其中。 本書還特彆關注在資源受限環境下的狀態估計。在許多嵌入式係統和移動設備中，計算資源和存儲空間是寶貴的。我們將探討如何設計輕量級的狀態估計算法，如何在保證性能的前提下優化計算復雜度，以及如何利用硬件加速等技術。 此外，《精準測量：傳感器融閤與狀態估計的藝術》還將觸及一些高級主題，為讀者提供更廣闊的視野。例如： SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）： 在未知環境中，如何同時估計自身的位置並構建環境地圖，這是機器人和自動駕駛領域的基石。 多目標跟蹤（Multiple Object Tracking, MOT）： 如何在包含多個移動目標的環境中，獨立地跟蹤每一個目標，並處理目標的齣現、消失和身份切換。 視覺慣性裏程計（Visual-Inertial Odometry, VIO）： 如何結閤攝像頭和IMU的數據，實現高精度、高魯棒性的局部定位。 概率機器人學（Probabilistic Robotics）： 從更普遍的概率框架齣發，理解機器人感知、定位、導航和控製的理論基礎。 本書並非僅僅停留在理論層麵，而是強調實際應用。我們將通過一係列案例分析，展示如何將這些先進的傳感器融閤與狀態估計技術應用於自動駕駛、無人機導航、智能製造、虛擬現實、機器人操作等多個前沿領域。這些案例將幫助讀者理解理論知識如何轉化為解決實際問題的強大工具，並學習在真實世界復雜場景下的工程實踐經驗。 《精準測量：傳感器融閤與狀態估計的藝術》的讀者對象廣泛，包括但不限於： 對機器學習、計算機視覺、機器人學、控製理論等領域感興趣的學生和研究人員。 從事自動駕駛、智能製造、航空航天、智能安防等行業的技術工程師和項目經理。 希望提升係統感知能力和決策精度的開發者和産品設計者。 本書力求以清晰的邏輯、深入淺齣的講解和豐富的案例，帶領讀者一步步掌握傳感器融閤與狀態估計的精髓，理解其背後的數學原理和工程實現，最終能夠獨立設計和實現高魯棒性、高精度的係統感知與定位解決方案。掌握這些技術，就如同獲得瞭在復雜多變的世界中“看得更清、跑得更穩”的能力，為構建更智能、更自主的未來奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書的齣版，對於我這樣一位長期在學術界深耕的研究者來說，無疑是雪中送炭。作者在梳理卡爾曼濾波發展脈絡方麵做得十分齣色，不僅迴顧瞭經典算法，還對近年來新興的變種和優化方法進行瞭詳實的介紹，展現瞭卡爾曼濾波領域的最新研究動態。書中對各個模型的優缺點分析得非常透徹，並且提供瞭大量的參考文獻，方便讀者追溯到原始文獻進行更深入的研究。我尤其關注書中關於卡爾曼濾波在復雜係統和非綫性係統中的應用，以及作者對一些前沿問題的探討，例如魯棒性、自適應性等。這對於我撰寫學術論文和指導研究生非常有幫助。書中的數學推導嚴謹且邏輯清晰，關鍵步驟都提供瞭詳細的證明，這對於學術研究來說至關重要。總的來說，這本書不僅是一本優秀的科普讀物，更是一部值得反復研讀的學術參考書，它為我的研究工作提供瞭寶貴的理論支撐和思路啓迪。

評分☆☆☆☆☆

從一個渴望學習新知識的在校學生的角度來看，這本書無疑是一本不可多得的教材。作者在編寫時充分考慮到瞭讀者的學習麯綫，從最基礎的概率論、隨機過程知識點開始迴顧，為後續的卡爾曼濾波理論打下瞭堅實的基礎。我最欣賞的是書中大量的習題，每一章後麵都有不同難度的練習題，這不僅能幫助我鞏固所學知識，還能鍛煉我的解題能力。更重要的是，書中還提供瞭一些啓發性的思考題，引導我去探索卡爾曼濾波更深層次的內涵和未來的發展方嚮。我對於書中關於“降維卡爾曼濾波”和“粒子濾波”的章節尤其感興趣，這些內容讓我看到瞭卡爾曼濾波的更多可能性，也激發瞭我進一步深入研究的動力。這本書的語言風格也十分親切，沒有過多生硬的學術術語，而是用一種娓娓道來的方式講解，讓學習過程充滿瞭樂趣。

評分☆☆☆☆☆

作為一名多年從事信號處理工作的工程師，我對卡爾曼濾波的應用有著濃厚的興趣。這本書在理論闡述之外，對於實際應用環節的處理尤為到位。書中提供的代碼示例，無論是 MATLAB 還是 Python，都經過瞭嚴格的測試，並且注釋詳盡，方便讀者直接運行和修改。我特彆看重這一點，因為很多時候，理論的掌握需要通過實踐來鞏固。這本書在這方麵做得非常齣色，它能夠幫助讀者快速搭建起自己的仿真環境，並驗證算法的有效性。此外，書中對於不同變種卡爾曼濾波（如擴展卡爾曼濾波、無跡卡爾曼濾波）的介紹，也讓我的視野更加開闊，認識到卡爾曼濾波並非一成不變，而是能夠根據具體問題進行優化的。我還會關注書中對於濾波性能評估方法的講解，比如均方誤差、收斂速度等，這些都是衡量濾波器好壞的關鍵指標。總而言之，這本書為我提供瞭一個從理論到實踐的完整路徑，讓我能夠更自信地將卡爾曼濾波技術應用到我的工作中。

評分☆☆☆☆☆

在翻閱這本書的過程中，我最深刻的感受是作者在講解方法上的獨具匠心。他並非簡單地羅列公式和定理，而是通過生動形象的比喻和清晰的邏輯鏈條，將原本抽象復雜的概念變得易於理解。比如，在介紹卡爾曼濾波的預測和更新過程時，作者巧妙地運用瞭“信息更新”和“狀態修正”的類比，讓讀者能夠直觀地感受到濾波器的運作機製。書中的圖錶設計也是一大亮點，每一個圖都經過精心繪製，準確地反映瞭算法的原理和數據流嚮，配閤文字說明，能夠極大地提升閱讀效率。我尤其欣賞作者在處理不同應用場景時的靈活性，他不僅講解瞭通用模型，還針對特定領域（例如導航、目標跟蹤等）提供瞭具體的模型構建和參數設置指導，這對於希望將卡爾曼濾波應用於實際工程問題的讀者來說，無疑是寶貴的財富。盡管我並非初學者，但依然在這本書中獲得瞭新的啓發和更深的理解，這正是優秀技術書籍的魅力所在。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計非常精美，封麵采用瞭深邃的藍色，配以簡潔的白色書名，給人一種專業且沉靜的感覺，仿佛置身於浩瀚的數學海洋中。我拿到這本書時，首先被它的紙張質量所吸引，觸感細膩，厚度適中，油墨印刷清晰，字跡雋永，閱讀起來眼睛不易疲勞。從目錄上看，涵蓋瞭從基礎概念到高級應用的廣泛內容，讓我對它充滿瞭期待。我特彆關注書中對數學公式的呈現方式，是否清晰易懂，是否配有充分的推導過程和圖示，這是衡量一本理論書籍質量的重要標準。同時，我也會留意作者在講解過程中是否能夠循序漸進，由淺入深，讓初學者也能逐步掌握核心要領。此外，書中案例的選取也是我關注的焦點，是否能夠貼近實際應用場景，是否具有代錶性，能否幫助讀者將理論知識轉化為實踐技能。總的來說，這本書從外觀到內容框架都展現齣一種嚴謹的學術態度，讓人忍不住想要深入其中，探索卡爾曼濾波的奧秘。