自动驾驶-基础数学知识理解

时间:2024-04-10 08:01:46

目录

1.贝叶斯公式

2.卡尔曼滤波

3.CNN算法


1.贝叶斯公式

首先直接上图上公式 

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公式的理解:这个公式想干的事情很简单,就是A和B两个事情有关系,我们想知道,假如B这件事发生了,A发生的概率。

从图中和公式中,可以很直观的理解,想要知道当B发生时A发生的概率,那么肯定是A与B的交集比上B,反过来一样理解,因此就有了所谓的贝叶斯公式。

好,我们更加详细理解下公式里面的概念(记不住没关系,理解才是关键):

    P(A|B) 是在 B 发生的情况下 A 发生的概率;

    P(A) 是 A 发生的概率;

    P(B|A) 是在 A 发生的情况下 B 发生的概率;

    P(B) 是 B 发生的概率。

2.卡尔曼滤波

首先说说卡尔曼滤波用来做啥,一句话【 根据当前"测量值" 和上一刻的 "预测量" 和 "误差",计算得到当前的最优值.   再预测下一刻的值】,就是为了在有噪声有干扰下,进一步接近真实的值。

下面我们以测量头发丝的大小为例进行说明。

首先来个假设,咱这把尺子精度一般般,测量有一定误差,同时我们也会根据个人经验进行一定的估计,估计准确度也一般般;

测量和估计误差符合高斯分布,啥是高斯分布,见下图来个直观理解(u期望值  δ^2 方差)

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下面举例来直观理解:

【估计值X1】根据经验,我们估计头发丝的大小为100微米 ;

【测量值Z1】用我们那把差尺去测量头发大小为90微米;

【权重Kx 】那么你更相信估出来的值还是更相信测量的值,好吧,我们得给他们分配一个权重(信任度);

【递归测量】一次测量估计,我们觉得不太准,因此我们考虑多次估计和测量,为了保证最终估计结果越来越准确,我们按这个方向去做估计:

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以上公式一点也不难理解,就是我们每次估计和测量的偏差 乘以我们的对其的信任度,就可以得到下一次测量估计的值。

【信任度(实名卡尔曼增益)】这个信任度怎么来呢,当然不能凭感觉,因为我们假设误差或干扰符合高斯分布,例如噪声误差为4微米,上一时刻估计的误差是3微米,那么该时刻的预测误差 = 自动驾驶-基础数学知识理解 = 5    信任度(也就是协方差) = 自动驾驶-基础数学知识理解  ,而卡尔曼滤波的关键就是这个信任度的求取。

以上,以举例的方式,可以比较直观了解下卡尔曼滤波的原理,下面将进一步说明数学原理。

【系统状态】

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自动驾驶-基础数学知识理解 估计纠正值    自动驾驶-基础数学知识理解 测量值    自动驾驶-基础数学知识理解估计误差    自动驾驶-基础数学知识理解 测量误差   自动驾驶-基础数学知识理解系统控制量  A和B为系统参数  H为测量参数

【卡尔曼滤波更新过程】

  step1: 估计状态 

               自动驾驶-基础数学知识理解   (注意这里自动驾驶-基础数学知识理解 仅为估计值,没有纠正项)

  step2:计算卡尔曼增益(也就是前文提到的信任度,注意以下三个公式循环) 

              自动驾驶-基础数学知识理解 (根据k-1时刻,预测k时刻的协方差)

              自动驾驶-基础数学知识理解 (卡尔曼增益为   预测协方差  比上 (预测协方差+测量协方差))

              自动驾驶-基础数学知识理解  (估计的协方差纠正,这里的自动驾驶-基础数学知识理解 为k时刻的协方差)

  step3:计算下一时刻的准确估计值

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3.CNN算法

待更