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% function EXT Kalman Filtering
+ L0 X" c# `- l- n, |% vx[n]=vx[n-1]+ux[n]
0 W& S% z8 H4 }4 ~/ r6 g+ f% vy[n]=vy[n-1]+uy[n]( _& r( Y% G( ~( S' C) N
% rx[n]=rx[n-1]+vx[n-1]*t7 l3 O' P* H: k$ b# V1 @0 p
% ry[n]=ry[n-1]+vy[n-1]*t
- B' o1 ?9 c! d3 d1 A' N% s[n]=[rx[n];ry[n];vx[n];vy[n]]
5 C* e1 a& z u4 _% A=[1 0 t 0;0 1 0 t;0 0 1 0;0 0 0 1]* `4 I- n e% s1 b" b0 n- a6 z
% s[n-1]=[rx[n-1];ry[n-1];vx[n-1];vy[n-1]]4 V# C7 Z+ e1 [- p6 I
% u[n]=[0;0;ux[n];uy[n]]. o) i6 W+ Q( V* Z$ j
% s[n]=As*[n-1]+u[n]
; E$ e' E5 G9 ^, u% x[n]=h(s[n])+w[n]
! p! P {$ u6 m7 P, |9 ?( E( N. V9 Z
% initialization; m: F8 o8 t- g1 d! M, Y
clear;
. S7 P; |1 Z5 `7 U( an=100;; w. c7 [4 I; S" b: Q
A=[1 0 1 0;0 1 0 1;0 0 1 0;0 0 0 1];
4 @; o& [, J4 G5 e, q8 prx=zeros(1,n); % 实际位置8 J# |5 a8 d8 H( m1 R9 n5 ]1 u5 B
ry=zeros(1,n); % 实际位置
) H% n5 Z2 x' D- N% J3 }4 B/ @vx=zeros(1,n); % 实际速度' l0 p- L6 f3 T6 ]1 U$ y' {
vy=zeros(1,n); % 实际速度9 m+ w$ D3 c# }: a9 t6 L" m1 Z: E
rxe=zeros(1,n); % 精确位置
, }' J9 @7 c1 D$ Qrye=zeros(1,n); % 精确位置
# k. g7 L, N1 c0 G1 D& Fvxe=zeros(1,n); % 精确速度
. A7 n: `+ k& G2 s6 Kvye=zeros(1,n); % 精确速度. x4 [1 F' @$ ~# @" U$ x" G" @
rx(1,1)=10; % 位置初始 c0 E( o$ g: V/ N/ k4 V! Y0 ~
ry(1,1)=-5; % 位置初始1 S; j0 z7 S* n& x D& H( c
vx(1,1)=-0.2; % 速度初始: N1 o7 v Q a v6 d) F
vy(1,1)=0.2; % 速度初始
- P! R2 D6 |- l( q) F) [7 Z1 zrxe(1,1)=10;
* X! {; p( m7 Brye(1,1)=-5;
( w" T* v1 Z0 @7 ~vxe(1,1)=-0.2;
3 O" l. F6 K6 o0 {vye(1,1)=0.2;& l- S0 j( Y6 P, @% t
s=[rx;ry;vx;vy];, l9 L, k/ J, t
se=[rxe;rye;vxe;vye];. B1 E/ \ E# q( U
r=zeros(1,n);; L" p: ]) \4 }8 u. d
b=zeros(1,n);9 n% R1 v" T G8 R9 C& p
rn=zeros(1,n);! ^/ ?% ?+ s5 }& \1 y5 Q+ j
re=zeros(1,n);
' I* o* ~6 ?3 `& ebn=zeros(1,n);
% b0 ^" A' x- Dx=[rn;bn];; N3 T; F: e2 u: j6 p! l
H=zeros(2,4,n);
6 F9 B. h8 `2 l2 g" R3 \
4 T, \/ P9 W3 \4 L) Wux=sqrt(0.00001)*randn(1,n);/ J: j8 x+ ?! H/ f% S( x1 c
uy=sqrt(0.00001)*randn(1,n);% u: M- t& G5 S1 k& }% ?1 {
wr=sqrt(0.001)*randn(1,n);
/ _- h& i1 k4 t8 D) _# ]$ ewb=sqrt(0.0001)*randn(1,n);
! ?( E/ {" B6 Z' y$ g& m8 z: z% T
+ w6 p7 Q8 p5 \8 xQ=[0 0 0 0;0 0 0 0;0 0 cov(ux) 0;0 0 0 cov(uy)]; % 过程噪声矩阵
7 j0 K$ g% S( h1 u8 X. X. |C=[cov(wr) 0; 0 cov(wb)]; % 观测噪声矩阵& ^' c( P" I* { E
: |# z: a& ?9 o
ss=zeros(4,n);% 精确值
- e8 }; A# F5 X- |( C& o3 csn=zeros(4,n); % 估计修正值
$ `8 y6 S1 _) g& P0 q j0 Osn(:,1)=sn(:,1)+[15;5;0;0]; % 估计修正初始值! r: e _# `$ E* }" V3 G
ss=zeros(4,n); % 一步预测
4 J# d, B: h/ C O! v& U: lhs=zeros(2,n); % 观测值预测% e: y7 N" Y, g4 `6 [
inn=zeros(2,n); % 新息. M* _& |% v: U' i, {( X8 [7 j
M=zeros(4,4,n); % 估计均方误差
' y/ |( ~$ b& u# K9 ~: t9 u3 kM(:,:,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0 `# E" v- Z$ f
MM=zeros(4,4,n); % 一步预测均方误差
% [- {: m: F1 g& I2 H2 j! Q# L% pK=zeros(4,2,n); % 卡尔曼增益
: j( I# V, @! @; S7 S6 {6 o: [6 K3 H
% kalman filtering
; Q, J4 j8 i& ]$ @, P6 X& Q
: Y+ m1 |4 ]8 \4 Z* tfor t=1:n-1( G( K# a- {: p& O7 V+ c
% s[n]=As*[n-1]+u[n]* Z4 ?+ u8 s2 s4 C5 v
% x[n]=h(s[n])+w[n]
6 }) p% r a: F9 J3 v& |# s0 c" ]& s6 C1 E) k2 x1 E
vx(1,t+1)=vx(1,t)+ux(1,t+1); % 速度过程方程. N( B( F) O4 T# I9 J0 _5 @
vy(1,t+1)=vy(1,t)+uy(1,t+1); % 速度过程方程$ O; L4 ?0 u, j M0 C" Z/ U
rx(1,t+1)=rx(1,t)+vx(1,t); % 位置过程方程4 Z/ D0 b1 ?. Y, B, c) @9 o) P$ H7 Z. a
ry(1,t+1)=ry(1,t)+vy(1,t); % 位置过程方程
8 E5 w4 g, c( G8 A: j% M 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
' d* C9 C3 V5 y: B7 E
: I s* V* l1 b vxe(1,t+1)=vxe(1,t); % 理论精确值2 C. X7 l! i9 | a3 c
vye(1,t+1)=vye(1,t); % 理论精确值
; o. [2 @4 z3 V% s# s rxe(1,t+1)=rxe(1,t)+vxe(1,t); % 理论精确值 n8 W+ H- }4 O5 m8 |1 H
rye(1,t+1)=rye(1,t)+vye(1,t); % 理论精确值
+ o4 ^1 R* M4 H# t# ^ 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$ _6 z6 ~+ ^; X
% {7 ^) x1 ^" |' x8 Z. A) E% [: 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)2 t ]8 C6 _! y( V4 j; x7 [
b(1,t+1)=atan(ry(1,t+1)/rx(1,t+1)); % 理论测量方位(含测量误差)
1 v* o( E6 d; n; a. c* Q rn(1,t+1)=r(1,t+1)+wr(1,t+1); % 实际测量距离- u* E" G& m! u2 s/ b! y/ v
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)' \4 V# U$ ?+ m
bn(1,t+1)=b(1,t+1)+wb(1,t+1); % 实际测量方位
- B" J1 |" D6 I( O& T9 }8 E( A/ F x(:,t+1)=[rn(1,t+1);bn(1,t+1)]; % 观测矩阵,维数2*1 A3 m f6 r6 D* R$ e) Z
4 [; F$ D; B4 `6 b) D( h* F
% 对观测方程求导,得到雅可比矩阵H,维数2*47 u' H! D/ z g% Z# F
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];
0 \& O. d3 o$ T( v u- }5 M4 a9 g- [4 P+ B. O
; s, s# h. @$ k5 C
MM(:,:,t+1)=A*M(:,:,t)*A'+Q; % 一步预测均方误差4 u4 G, C# j6 h8 ?( I2 m0 i! a
K(:,:,t+1)=MM(:,:,t+1)*H(:,:,t+1)'/(C+H(:,:,t+1)*MM(:,:,t+1)*H(:,:,t+1)'); % 卡尔曼增益
" S4 `5 L3 Z1 U6 M Q9 t0 \; u M(:,:,t+1)=(eye(4)-K(:,:,t+1)*H(:,:,t+1))*MM(:,:,t+1);% 估计均方误差, E) R A/ h+ Z- L6 }: n2 A4 {
ss(:,t+1)=A*sn(:,t); % 一步预测1 E( A n' v9 g. V$ H" J( d/ Q
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6 g8 C1 E5 \5 b3 _7 }: }% E
inn(:,t+1)=x(:,t+1)-hs(:,t+1); % 新息- {$ x8 D3 v( ~ U3 X
sn(:,t+1)=ss(:,t+1)+K(:,:,t+1)*inn(:,t+1); % 预测修正
5 S* i5 i2 Q$ e8 h2 r, ?% q- eend
: u$ ~/ L+ N* U# Y$ D, G/ M' `2 C5 i% r: C9 |- K! [
subplot(2,1,1);
. W0 o; X4 O j" {, g) ^, h8 J. \plot(sn(1,:),sn(2,:)); % kalman估计值
$ I+ d q/ b9 U* t% ~hold on;
! K: c5 j: N8 D+ k. G- s! _9 ]plot(se(1,:),se(2,:),'-r'); % 理论精确值
* U2 h/ H% \; X) O6 w
4 s3 C+ f8 p9 M9 h6 S- esubplot(2,1,2); r/ o# B4 Q4 n
plot(rn); % 实际测量距离, [4 |7 I# j7 u. V: n7 ?
hold on;0 J6 A7 d0 g+ W+ w! J9 ]9 Q3 S
plot(re,'-g'); % 理论精确值8 w! |, Z- \# m: u) H6 @9 E$ J' i
R# w+ a; D" h# U |