什么是无迹卡尔曼滤波器(UKF)?

无迹卡尔曼滤波器(Unscented Kalman Filter, UKF)是一种用于非线性系统状态估计的先进算法,它克服了传统卡尔曼滤波器在处理非线性问题时线性化误差的缺陷。UKF采用确定性采样策略,通过精心选取的「sigma点」来捕获状态分布的一阶和二阶统计特性,从而避免了对非线性函数进行泰勒展开的近似处理。这种方法在保持计算效率的同时,显著提高了非线性系统状态估计的精度,特别适用于机器人导航、自动驾驶和航空航天等对实时性要求较高的领域。

在具身智能产品开发中,UKF常被用于多传感器融合的场景。例如在服务机器人定位系统中,UKF可以优雅地融合IMU、轮式编码器和视觉里程计的数据,即使传感器模型存在显著非线性,仍能实现稳定可靠的状态估计。相比于扩展卡尔曼滤波器(EKF),UKF不需要计算复杂的雅可比矩阵,且对初值误差具有更好的鲁棒性,这使得它成为工业界实践中的优选方案。近年来,随着边缘计算能力的提升,UKF在智能穿戴设备和无人机等消费级产品中也得到了广泛应用。