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% function EXT Kalman Filtering# f) i3 C1 _( F. J! _/ m$ ^! H
% vx[n]=vx[n-1]+ux[n]& }" R! c9 {# K, f& j
% vy[n]=vy[n-1]+uy[n]
& S' [( U5 j7 k7 J- s: ~- H% rx[n]=rx[n-1]+vx[n-1]*t$ A3 _, z" @! G4 v% V3 O. T
% ry[n]=ry[n-1]+vy[n-1]*t
/ O* H7 a h' d& U$ b# Z% s[n]=[rx[n];ry[n];vx[n];vy[n]]/ H( t% G/ e5 M5 s6 j7 ]- a
% A=[1 0 t 0;0 1 0 t;0 0 1 0;0 0 0 1]
/ O4 o" ~0 v- R0 S% s[n-1]=[rx[n-1];ry[n-1];vx[n-1];vy[n-1]]
+ i2 S. F0 y2 x# X4 g% ^% u[n]=[0;0;ux[n];uy[n]]4 E% x' t2 ]0 N8 F; h+ N. U2 g
% s[n]=As*[n-1]+u[n]* P4 c; ~; F6 Z! M( ~: n: d' ^
% x[n]=h(s[n])+w[n]
' B( @$ N g- B ]; n: ^# O# V" E( G- {- _5 }2 r" ^
% initialization
5 m6 e* O* c# v( \: Bclear;
: }3 k' U" s8 w) Pn=100;/ c' e1 ~- H2 J& d
A=[1 0 1 0;0 1 0 1;0 0 1 0;0 0 0 1];* d% D: [$ t) y$ W
rx=zeros(1,n); % 实际位置
P5 E9 h9 j) k0 |+ Jry=zeros(1,n); % 实际位置
h) u9 V3 C4 x7 h4 E# g" C; avx=zeros(1,n); % 实际速度; T) ~7 y; v: l# U
vy=zeros(1,n); % 实际速度3 m' ~7 R6 ^. G
rxe=zeros(1,n); % 精确位置8 Q* S. i& l& {, W: s% l
rye=zeros(1,n); % 精确位置
3 ^6 y0 k9 O0 Y' s0 u/ v% y, ?0 Evxe=zeros(1,n); % 精确速度
+ G/ m) w0 ^* A. q6 U# I! X Dvye=zeros(1,n); % 精确速度
3 S5 Y8 P* i$ K( Q( I1 urx(1,1)=10; % 位置初始2 J; } q* ?# K, O8 ?4 v1 D
ry(1,1)=-5; % 位置初始
- T, C( S* \' X0 I' Zvx(1,1)=-0.2; % 速度初始
0 q/ n0 _. c% M( w# D) ^5 k6 svy(1,1)=0.2; % 速度初始) n7 h) X O( F }5 ?+ H
rxe(1,1)=10;
8 |( h" c( f/ F, e; E) D2 urye(1,1)=-5;
- S" {/ v; i! v Hvxe(1,1)=-0.2;
2 f# e/ c4 `1 |- d* v3 hvye(1,1)=0.2;# `% {) Y# i4 |' S
s=[rx;ry;vx;vy];
7 q( i8 `" p# W; r* i! W+ h- zse=[rxe;rye;vxe;vye];! ^$ Y# s2 z* v! }8 i
r=zeros(1,n);4 Z* k) n; z2 K2 j
b=zeros(1,n);
) [2 r4 J7 ^" `9 n% F) [( xrn=zeros(1,n);- U6 l5 L# p" ^) l: C. G
re=zeros(1,n);
. L) I5 u+ F" y0 B% c2 A4 \bn=zeros(1,n);! M0 B2 }: L/ w$ F; ~* Q
x=[rn;bn];" \' c# ^& D; {
H=zeros(2,4,n);, `9 Y' d1 ?5 f7 G$ }3 D- Z, u# Y- |1 b
. ~4 ?1 @3 a; U M7 q# ?2 L wux=sqrt(0.00001)*randn(1,n);
" X) b1 T4 Q6 Auy=sqrt(0.00001)*randn(1,n);
5 G" j" H, L% n( x! R" X* z& | Qwr=sqrt(0.001)*randn(1,n);
& z1 R1 }/ M4 g( J' fwb=sqrt(0.0001)*randn(1,n);- w$ C0 W! n+ Q U
7 d% ~9 W1 [2 h" g, C. e
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
& W$ E" _, I) V! [C=[cov(wr) 0; 0 cov(wb)]; % 观测噪声矩阵
- n$ d5 |) \/ j& |) n9 t! r& |7 q, x* P
ss=zeros(4,n);% 精确值, v. j( K: _4 ?
sn=zeros(4,n); % 估计修正值
+ F# C; k+ p" V0 j8 g4 o( esn(:,1)=sn(:,1)+[15;5;0;0]; % 估计修正初始值& P$ o% v. K- {
ss=zeros(4,n); % 一步预测- F' ^# i& W. [( W
hs=zeros(2,n); % 观测值预测5 @ s z6 r$ m8 g4 q* `; Q
inn=zeros(2,n); % 新息) P4 D/ T8 H g' B7 ?) d6 ?, J
M=zeros(4,4,n); % 估计均方误差! a% C0 s% I5 k! R( n2 P s7 B
M(:,:,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9 ^* l4 C6 ?9 \& L" s
MM=zeros(4,4,n); % 一步预测均方误差
9 O: b. n: G' \+ s0 `K=zeros(4,2,n); % 卡尔曼增益
: K5 R4 Z7 s% {( G
7 g4 x1 x5 d. r% `! n, s( \$ q7 Y7 A% kalman filtering* g1 i9 H' N6 A; _4 x7 z! k9 `6 K
Z2 K/ m# ^9 u: h; b# g1 Efor t=1:n-1
: H6 X/ I4 k* l& f) i: l% s[n]=As*[n-1]+u[n]1 q; x& m- h9 l/ N7 b* p1 n7 h) u' J |
% x[n]=h(s[n])+w[n]
w3 f- m r4 M$ Y8 l$ b# t! o
8 s! r) q/ A6 n$ N) M vx(1,t+1)=vx(1,t)+ux(1,t+1); % 速度过程方程
! g9 T4 d2 N. [% [( ]% O; @: t vy(1,t+1)=vy(1,t)+uy(1,t+1); % 速度过程方程
+ k* r3 b/ d7 Q! W! m" s) ^ rx(1,t+1)=rx(1,t)+vx(1,t); % 位置过程方程
: N% \. z7 D" @3 e* E0 N ry(1,t+1)=ry(1,t)+vy(1,t); % 位置过程方程* m5 U5 ^( J' v b8 @
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*15 x3 \ P7 y8 I" e
$ r' B8 c' j1 O; p' u H4 G, A: r
vxe(1,t+1)=vxe(1,t); % 理论精确值
: y9 U& O/ W+ f( f2 a vye(1,t+1)=vye(1,t); % 理论精确值
. n% e X( D' y2 @, v9 r rxe(1,t+1)=rxe(1,t)+vxe(1,t); % 理论精确值
# Z" M* }# T. Q; b0 Z" r rye(1,t+1)=rye(1,t)+vye(1,t); % 理论精确值
. s7 N" Z- }. B* @- i 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( M+ D6 f; l& j9 d) W% m
# g) N$ V- m" _! V& { f 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)
( e _5 @% o. I# s! r+ ?- j b(1,t+1)=atan(ry(1,t+1)/rx(1,t+1)); % 理论测量方位(含测量误差)9 o6 k5 _$ N; [" |: \! ?
rn(1,t+1)=r(1,t+1)+wr(1,t+1); % 实际测量距离
" p) h, e# ?0 B5 ^" n 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)2 Y, T8 |, E* n* S, s( O
bn(1,t+1)=b(1,t+1)+wb(1,t+1); % 实际测量方位
1 ~: I/ ^4 N3 T x(:,t+1)=[rn(1,t+1);bn(1,t+1)]; % 观测矩阵,维数2*1
* r: C: \3 C: q$ S( |7 `
) ~# A& `9 v% N) b8 s" S$ j# W % 对观测方程求导,得到雅可比矩阵H,维数2*4
; k; [2 E# v8 x. v8 a. b 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];1 L! u7 x. _7 |: v' `# D! |
' f3 E* ?/ h' ]0 {/ ?
! e" b& {1 l: E/ g- x I" Y0 t
MM(:,:,t+1)=A*M(:,:,t)*A'+Q; % 一步预测均方误差2 n0 p* I- E1 W/ d9 D) _0 N; r5 o
K(:,:,t+1)=MM(:,:,t+1)*H(:,:,t+1)'/(C+H(:,:,t+1)*MM(:,:,t+1)*H(:,:,t+1)'); % 卡尔曼增益
7 D9 r% h5 v! l" E3 X: n q M(:,:,t+1)=(eye(4)-K(:,:,t+1)*H(:,:,t+1))*MM(:,:,t+1);% 估计均方误差7 {( d) d2 y; i- z1 \
ss(:,t+1)=A*sn(:,t); % 一步预测/ Y' q* v$ R8 M" d" v
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. y, i; C2 ]) p9 R! i' t' V
inn(:,t+1)=x(:,t+1)-hs(:,t+1); % 新息
4 {% m2 p1 t T2 T sn(:,t+1)=ss(:,t+1)+K(:,:,t+1)*inn(:,t+1); % 预测修正( ^( X& B7 {/ a6 W1 L5 j
end) u% j& `* f; U
/ [: W2 s" C8 R' esubplot(2,1,1);
, L6 W2 C# G) j6 G, A, A8 rplot(sn(1,:),sn(2,:)); % kalman估计值
# u9 l. H& Z/ Ohold on;+ |/ Y6 z& ^& G+ ]" m% ]3 b
plot(se(1,:),se(2,:),'-r'); % 理论精确值% L+ G2 F+ X8 `
% Z8 l" T* z6 U# x
subplot(2,1,2);
( v3 [8 K3 ^3 ]/ Bplot(rn); % 实际测量距离; J& R" ~! m. j( \% Y$ o
hold on;& F9 r5 }0 s9 B, O& k& I
plot(re,'-g'); % 理论精确值
2 |, z l& x @/ `$ t4 W% {, o2 ^: j( W( J1 a6 _9 J
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