《卡爾曼濾波及其實時套用(第4版)》是2013年清華大學出版社出版的圖書,作者是[美]Charles K. Chui、[中] Guanrong Chen。
基本介紹
- 書名:卡爾曼濾波及其實時套用(第4版)
- 作者:[美]Charles K. Chui,[中] Guanrong Chen
- 譯者:戴洪德、周紹磊、戴邵武、李娟
- ISBN:9787302309079
- 定價:32元
- 出版社:清華大學出版社
- 出版時間:2013年04月
- 裝幀:平裝
- 印刷日期:2013-4-12
內容簡介
譯者序
大部分初學者認為卡爾曼濾波理論性較強,門檻較高,且國內專門針對卡爾曼濾波的專著相對較少,給初學者帶來了較大的不便。譯者在求學時有幸拜讀了Charles K. Chui和Guanrong Chen兩位教授的專著《Kalman Filtering with RealTime Applications》的第3版,獲益匪淺。2009年,我們欣喜地發現時隔11年後,兩位教授推出了這本專著的第4版,我們覺得很有必要把這本從出版到現在經過25年時間考驗和反覆修訂的專著介紹給國內的讀者。本書深入淺出地介紹了卡爾曼濾波的基本原理和發展,以及它們的實時套用。
本書由海軍航空工程學院的戴洪德、周紹磊、戴邵武和魯東大學的李娟合作翻譯,另外海軍航空工程學院電子信息工程系的吳芳教員參與了第11章的翻譯,博士研究生李飛參與了第7、8章的翻譯,尹高陽參與了第4章的翻譯。參加翻譯的還有徐慶九、於進勇、吳光彬、吳曉男、支岳、曹文靜、徐勝紅、叢源材、吳青坡、蔣華、袁銳、趙偉等。全書由戴洪德統稿,秦永元主審,戴邵武校對。
感謝西北工業大學自動化學院的陳明教授,把我帶進卡爾曼濾波的奇妙世界,並把這本書的原著介紹給我。非常感謝西北工業大學的秦永元教授百忙中對譯稿進行了非常認真細緻的審校。秦永元教授是研究卡爾曼濾波的著名專家,他在1998年出版的《卡爾曼濾波與組合導航原理》是該領域的經典著作,成為相關領域研究者案頭必備的參考書,並於2012年6月進行了再版。感謝西北工業大學的嚴恭敏副教授在本書翻譯過程中與譯者的深入交流和有益建議。
非常感謝清華大學出版社石磊和趙從棉兩位老師為本書的順利出版所付出的辛勤勞動。
在出版清樣第一稿完成後,非常榮幸地聯繫上了原著作者之一陳關榮教授。陳教授在百忙之中對譯稿進行了校對,特此致射。
雖然經過了反覆的校對和修改,由於譯者水平有限,難免存在不足之處,懇請讀者批評指正。
戴洪德2012年12月於煙臺海軍航空工程學院
第3版前言
第3版的《卡爾曼濾波及其實時套用》中增加了兩個關於卡爾曼濾波的新主題。為了擴展卡爾曼濾波在不確定系統中的套用,增加了區間卡爾曼濾波(第10章); 結合高效的小波和樣條技術,介紹了小波卡爾曼濾波(第11章),並給出了信號估計和信號分解等領域內更為有效的計算方案。希望加入這兩章能使新版本給出更完整和與時俱進的實時套用卡爾曼濾波技術。
Charles K. ChuiGuanrong Chen1998.8
第2版前言
除了進行較少的勘誤和參考文獻更新外,我們將第1版第10章的“實時系統辨識”擴展為兩節,合併到第8章。在第10章包含了非常基本的小波分析介紹。雖然小波分解和重構的金字塔算法和卡爾曼濾波算法截然不同,它們仍然可以套用到時域濾波。希望在不久的將來,樣條和小波可以與卡爾曼濾波相結合。
Charles K. ChuiGuanrong Chen1990.9
第1版前言
卡爾曼濾波作為一種最優狀態估計方法,可以套用於受隨機干擾的動態系統。準確地說,卡爾曼濾波器給出了一種遞推算法,由實時獲得的受噪聲污染的離散觀測數據,對系統狀態進行線性、無偏及最小誤差方差的最優估計。該算法已經廣泛套用於工業和控制的許多領域,如視頻和雷射跟蹤系統、衛星導航、彈道飛彈軌跡估計、雷達和火力控制等。隨著最近高速計算機的發展,卡爾曼濾波的套用將更加廣泛,特別是在更加複雜的實時套用中。
儘管如此重要,卡爾曼濾波的數學理論以及含義並沒有被很好地理解,甚至對於一些套用數學家和工程師也是如此。事實上,非常多的套用者僅僅被告知濾波算法是什麼,而不知道為什麼它們如此有效。本書的一個主要目標就是通過對卡爾曼濾波的數學理論和多種實時套用問題的討論,來揭開卡爾曼濾波器的神秘面紗。
本書首先介紹了濾波方程的基本推導。該方案的優勢是通過假設某些矩陣非奇異,可以很好地理解卡爾曼濾波的最優性。當然通過套用廣為人知的正交投影方法,有時也稱之為新息方法,可以不需要這些假設。然後將該方法進行擴展來處理系統和量測噪聲相關的問題,以及有色噪聲問題。本書還討論了針對非線性系統的卡爾曼濾波及其在自適應系統辨識中的套用。此外,介紹了實時套用中的極限或穩態卡爾曼濾波理論、序貫算法和平方根算法等高效計算方法。卡爾曼濾波一個典型的套用是數字跟蹤濾波器設計,如αβγ和αβγθ跟蹤器。對於白噪聲,套用卡爾曼增益的極限值來定義α、β和γ參數,對於有色噪聲則為α、β、γ和θ,可以將該跟蹤濾波器描述為極限或穩態卡爾曼濾波器。因為最優估計的誤差隨著時間以指數衰減,從這個角度看,通過這些更有效的預測校正方程得到的狀態估計是近似最優的。我們還研究了一種可以得到狀態向量各分量濾波方程的解耦方法。
本書的寫作風格趨向於隨意而非刻板式的,數學證明趨向於簡單但是嚴謹,使得具備基本的線性代數和系統理論的任何人,無論是學生還是專家,都易於閱讀。考慮到這一點,本書引入了一個預備知識章節,包含了矩陣理論、行列式、機率論和最小二乘原理。為了說明相關知識點,加強對材料的理解,或完成書中的一些證明,在每一章都配備了一定數量的練習題,並在書的末尾給出了答案或提示。為了滿足感興趣讀者進一步的研究,附錄材料和參考文獻也列在書尾。
本書的設計是為了達到三個目的: 不僅僅適用於自學; 而且適用於套用數學或工程專業大學高年級學生或一年級研究生的半學期或一學期的卡爾曼濾波課程; 另外,希望本書能夠成為工業或控制工程師有價值的參考資料。
第一作者要感謝美國軍隊研究辦公室的持續資助,特別感謝白沙飛彈靶場(White Sands Missile Range)的Robert Green的鼓勵和多次深入的討論。對於愛妻,Margaret,作者要感謝她的理解和一如既往的支持。第二作者非常感謝中山大學的陳銘俊教授將這一非常重要的研究領域介紹給作者,以及感謝他夫人Qiyun Xian 的耐心和鼓勵。
在給出有價值建議的同事中,作者要特別感謝Andrew Chan教授(德克薩斯A&M)、Thomas Huang教授(伊利諾斯)、Tomas Kailath教授(斯坦福)。最後,非常感謝Helmut Lotsch博士和Angela Lahee博士友好的合作和幫助,以及SpringerVerlag編輯們的工作。
Charles K. ChuiGuanrong Chen1987.1