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% function EXT Kalman Filtering- S6 H D9 r* V9 l/ l
% vx[n]=vx[n-1]+ux[n]) @ |& }2 b/ H. V" m0 G$ K
% vy[n]=vy[n-1]+uy[n]
. p* @. S: I0 _+ o3 T% V% rx[n]=rx[n-1]+vx[n-1]*t
0 ?' h8 h5 d9 }$ _+ O* N% ry[n]=ry[n-1]+vy[n-1]*t
d9 H; O! n G7 _) x: L% s[n]=[rx[n];ry[n];vx[n];vy[n]]
& D' _% u- G S2 a/ r% A=[1 0 t 0;0 1 0 t;0 0 1 0;0 0 0 1]" ]( e, ^ @( y F' n
% s[n-1]=[rx[n-1];ry[n-1];vx[n-1];vy[n-1]]. T' S5 j: N( T' Y4 m0 Z1 a
% u[n]=[0;0;ux[n];uy[n]]
; B J. t% D2 P, q9 C% s[n]=As*[n-1]+u[n]' d. A$ @3 }- L
% x[n]=h(s[n])+w[n]* m4 @" |# u1 s: Q
) a; X7 V- a! Z# o3 g4 j, |: y% initialization
! b6 j& ?! }7 [6 Rclear;( \" g0 T# t( g
n=100;( K. ^: v( L4 N0 D6 b
A=[1 0 1 0;0 1 0 1;0 0 1 0;0 0 0 1];
9 K$ m3 h6 b" a) E$ B( Y2 d3 Vrx=zeros(1,n); % 实际位置( z1 N+ w% Y3 K& ~7 S( z) R8 b
ry=zeros(1,n); % 实际位置
' w. P$ m# i/ F6 ]vx=zeros(1,n); % 实际速度
* }- Z# }5 P% h: gvy=zeros(1,n); % 实际速度# e! o, p0 m/ z. W; D, h
rxe=zeros(1,n); % 精确位置
+ N5 _+ V$ k+ e& x% Rrye=zeros(1,n); % 精确位置( P. w7 @4 Q# w! M1 g1 L
vxe=zeros(1,n); % 精确速度
$ k2 e/ c9 G$ F# K0 _) `vye=zeros(1,n); % 精确速度
" ?0 @* u. ~) h9 Drx(1,1)=10; % 位置初始
; t! R9 D5 @$ xry(1,1)=-5; % 位置初始8 h) f7 k1 f9 S
vx(1,1)=-0.2; % 速度初始
+ c6 k4 A' o. {5 E/ s& B8 qvy(1,1)=0.2; % 速度初始! i% ?( l0 i! l% X
rxe(1,1)=10;
: Z! H' O, C+ p% x% o/ frye(1,1)=-5;
4 ], C5 @: _* N0 N; O" m" Cvxe(1,1)=-0.2;" m; |0 \1 M9 V
vye(1,1)=0.2;/ j" d3 E7 g. s- @9 x2 X
s=[rx;ry;vx;vy];0 {- I* t7 X: @& B# Z
se=[rxe;rye;vxe;vye];8 f7 \( h u r/ v
r=zeros(1,n);
: L4 j3 B2 J7 c5 Pb=zeros(1,n);
, u% |& Q! b: [. Q z3 Frn=zeros(1,n);3 _7 i. e# ]5 |3 R2 |3 [* R6 M
re=zeros(1,n);6 T* e- d5 z: [( x2 E
bn=zeros(1,n);
7 |, f' v: p8 M& j Rx=[rn;bn];
; l$ b; E& N# _/ C3 T6 j8 `H=zeros(2,4,n);/ J6 b: S/ p8 O2 a6 w
1 [* e& H! `( @3 l/ xux=sqrt(0.00001)*randn(1,n);
8 w( x, h9 L$ ]% v1 ]uy=sqrt(0.00001)*randn(1,n);- g; J5 q4 n! x1 s" D( }
wr=sqrt(0.001)*randn(1,n);
8 R# w* o. Y6 Hwb=sqrt(0.0001)*randn(1,n);
$ ~3 Y" V* [7 F* f4 P. e- \% ~3 Q: p6 {! u* b* ?( X
Q=[0 0 0 0;0 0 0 0;0 0 cov(ux) 0;0 0 0 cov(uy)]; % 过程噪声矩阵
2 T; D: G$ U: e& ~C=[cov(wr) 0; 0 cov(wb)]; % 观测噪声矩阵
+ V8 z/ @( |, T; {. c4 e" P
, K; d5 N( K! e6 x) o' K0 Qss=zeros(4,n);% 精确值
6 @7 ?3 Y/ `, G8 ?$ T/ G+ G" U/ Dsn=zeros(4,n); % 估计修正值# E, T& N0 C( D4 W( D
sn(:,1)=sn(:,1)+[15;5;0;0]; % 估计修正初始值: C7 z1 H4 r% }$ V
ss=zeros(4,n); % 一步预测$ W) ]& \' t9 [
hs=zeros(2,n); % 观测值预测
5 C! y% D# \- w8 O+ Xinn=zeros(2,n); % 新息0 r% R6 @, \! ]1 r* H8 {" X% s
M=zeros(4,4,n); % 估计均方误差
9 W! B; f, |8 a% Q6 T; g+ VM(:,:,1)=M(:,:,1)+[1 0 0 0;0 1 0 0;0 0 1 0;0 0 0 1]; % 估计均方误差初始值/ Q/ b; D, H* G4 v' e v5 ~
MM=zeros(4,4,n); % 一步预测均方误差/ ]: `# z4 O. ?8 Z* c7 h. [6 {
K=zeros(4,2,n); % 卡尔曼增益: D# s& B" ]9 S+ U' ~2 S0 c; `
' ~& ]+ _/ O8 R) N/ Q+ N% kalman filtering% B+ p" p+ {5 B
8 b7 [- j! C& ifor t=1:n-14 A7 x; Z4 Z! m& r ^ J6 |
% s[n]=As*[n-1]+u[n]# z- r9 j3 j' Q) f: N/ I+ K( A
% x[n]=h(s[n])+w[n]
2 I9 ]+ F7 b9 C" N$ Y0 ]* S* l1 g6 R. K* m x/ V6 F
vx(1,t+1)=vx(1,t)+ux(1,t+1); % 速度过程方程% L# A" X( w1 ]) R
vy(1,t+1)=vy(1,t)+uy(1,t+1); % 速度过程方程3 P3 J' N! O2 T4 ], G* X
rx(1,t+1)=rx(1,t)+vx(1,t); % 位置过程方程
9 B, O* [$ P3 ?! |1 q. w* O ry(1,t+1)=ry(1,t)+vy(1,t); % 位置过程方程
$ |1 o6 J/ I9 ? s(:,t+1)=[rx(1,t+1);ry(1,t+1);vx(1,t+1);vy(1,t+1)]; % 过程矩阵,维数4*1& ?- t4 S$ o* x$ j
/ ? M9 M) i+ ]( s( s+ P& [ vxe(1,t+1)=vxe(1,t); % 理论精确值
5 M! y+ r& }% h. j& Q) q# k vye(1,t+1)=vye(1,t); % 理论精确值8 B+ m5 D( Y9 U6 M- J, {! y) }
rxe(1,t+1)=rxe(1,t)+vxe(1,t); % 理论精确值3 h: S# W2 q3 O% e; H
rye(1,t+1)=rye(1,t)+vye(1,t); % 理论精确值9 S2 E3 [7 i2 H( a
se(:,t+1)=[rxe(1,t+1);rye(1,t+1);vxe(1,t+1);vye(1,t+1)]; % 过程矩阵,维数4*1
* z* b+ E+ y; e) f }. R
. p6 g/ ]2 e& A5 x8 R1 J8 q r(1,t+1)=(rx(1,t+1)^2+ry(1,t+1)^2)^(1/2); % 理论测量距离(含测量误差)
% h+ |5 c: o# R# O' j% d4 E b(1,t+1)=atan(ry(1,t+1)/rx(1,t+1)); % 理论测量方位(含测量误差)/ e- B! L0 v8 n- x/ K( j
rn(1,t+1)=r(1,t+1)+wr(1,t+1); % 实际测量距离
5 E, G2 s P& ]" G& f! D6 R re(1,t+1)=(rxe(1,t+1)^2+rye(1,t+1)^2)^(1/2); % 理论测量距离(含测量误差)3 u r6 B2 I/ h
bn(1,t+1)=b(1,t+1)+wb(1,t+1); % 实际测量方位
8 q0 y( y3 A n" R/ y/ @ x(:,t+1)=[rn(1,t+1);bn(1,t+1)]; % 观测矩阵,维数2*1+ r" ~6 v! ?6 N) I) V
$ c- ~, D! A4 p) H % 对观测方程求导,得到雅可比矩阵H,维数2*4! i7 F" q/ U( B' l
H(:,:,t+1)=[rx(1,t+1)/((rx(1,t+1)^2+ry(1,t+1)^2)^(1/2)) ry(1,t+1)/((rx(1,t+1)^2+ry(1,t+1)^2)^(1/2)) 0 0;-ry(1,t+1)/(rx(1,t+1)^2+ry(1,t+1)^2) rx(1,t+1)/(rx(1,t+1)^2+ry(1,t+1)^2) 0 0];8 c$ Y& i4 j7 b0 D% Y
- Z8 Y- m! u, O5 d# K( \
" ]# u* A) A7 [% h2 ~" J$ C$ M MM(:,:,t+1)=A*M(:,:,t)*A'+Q; % 一步预测均方误差
2 @9 o4 ^6 f% h K(:,:,t+1)=MM(:,:,t+1)*H(:,:,t+1)'/(C+H(:,:,t+1)*MM(:,:,t+1)*H(:,:,t+1)'); % 卡尔曼增益
. y' ~: n0 X6 ~! p M(:,:,t+1)=(eye(4)-K(:,:,t+1)*H(:,:,t+1))*MM(:,:,t+1);% 估计均方误差
; a; b! I: m% n8 a; m) C. W* ` ss(:,t+1)=A*sn(:,t); % 一步预测
5 D. ^& c1 J3 i* `0 l hs(:,t+1)=[((ss(1,t+1))^2+(ss(2,t+1))^2)^(1/2);atan(ss(2,t+1)/ss(1,t+1))]; % 观测值预测
. \0 O; ?" Q: ] inn(:,t+1)=x(:,t+1)-hs(:,t+1); % 新息
& M) G4 M0 X" H sn(:,t+1)=ss(:,t+1)+K(:,:,t+1)*inn(:,t+1); % 预测修正
' h7 d- B' R, ?8 ?9 X1 o9 r, |8 R" W6 Cend
0 u1 t5 x4 g: [+ u0 D% P0 @0 k2 M$ R
subplot(2,1,1);
9 U) O( Q$ a- J3 ?( i6 Xplot(sn(1,:),sn(2,:)); % kalman估计值
6 h4 N2 a3 p9 {7 a' _$ A5 p/ [hold on;+ K9 x5 t7 u2 B, I* M2 q
plot(se(1,:),se(2,:),'-r'); % 理论精确值% J# b3 B" s; o, B I- B5 ]/ A
8 P" Z! v' g5 y8 j- n: Esubplot(2,1,2); 5 I E& H; C% x' w2 M
plot(rn); % 实际测量距离
7 n! g. g9 m( u# G3 R9 @/ khold on;
/ @' A! t! }' F$ r, z: oplot(re,'-g'); % 理论精确值
9 |* n. U, \$ Q1 B4 s d$ ^. x( E" y- s0 S% q
|