On the Treatment of Process Noise in the Unscented Kalman Filter

Easthope, Paul F.

On the Treatment of Process Noise in the Unscented Kalman Filter

Abstract

A simple simulation of a turning target in two dimensions is used to show that the standard treatment of process noise in the Unscented Kalman Filter (UKF) can give rise to a potentially fragile tracking filter. In the example used, the turn rate is tracked as part of the state vector and additional state components are introduced to accommodate the process noise terms. This approach works well only while the underlying turn rate is constant or linear with time. With more complex turn rate dynamics, the filter breaks regardless of the process noise settings and such behaviour is indicative of a filter with zero process noise. It is found that a sequential Monte Carlo implementation of process noise gives rise to a much more robust tracking filter.

Na podstawie wyników prostej symulacji obracającego się w dwóch wymiarach celu pokazano, że standardowe potraktowanie problemu istnienia szumu w bezśladowym filtrze Kalmana (UKF) może prowadzić do uzyskania filtra o dużym stopniu wrażliwości. W wykorzystanym przykładzie, śledzona jest prędkość obrotowa, która wchodzi w skład wektora stanu, a przez rozszerzenie wektora stanu uzyskuje się efekt uwzględnienia składowych pochodzących od szumu. Podejście takie sprawdza się dobrze jednak wyłącznie dla stałej prędkości obrotowej lub zmieniającej się liniowo względem czasu. Przy bardziej skomplikowanej dynamice obrotów, filtr UKF przestaje spełniać swoją rolę, niezależnie od parametrów szumu, a więc jak w przypadku filtru dla braku szumów oddziałujących na obiekt. Pokazano, że implementacja filtru za pomocą sekwencyjnej metody Monte Carlo prowadzi do uzyskania filtru o większym stopniu odporności.