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% function EXT Kalman Filtering. `. A F( p, r: o
% vx[n]=vx[n-1]+ux[n]! S0 w# \- h3 T% s3 K: s
% vy[n]=vy[n-1]+uy[n]" L E. B. B# ?/ ^ n$ V1 Y1 e
% rx[n]=rx[n-1]+vx[n-1]*t
' K/ y( B- e) j$ Y7 S/ w1 d% ry[n]=ry[n-1]+vy[n-1]*t! W6 O) o$ E3 w1 \1 V+ S' c- A
% s[n]=[rx[n];ry[n];vx[n];vy[n]]. M$ V5 q# e' Q0 e. y/ ~! E" O% n9 [2 R
% A=[1 0 t 0;0 1 0 t;0 0 1 0;0 0 0 1]
. N2 q, j5 X8 V& ?, z% s[n-1]=[rx[n-1];ry[n-1];vx[n-1];vy[n-1]]
8 A+ D# v) r' Q, g Z. L% u[n]=[0;0;ux[n];uy[n]]
6 s- c: O; {+ m |8 W) N% s[n]=As*[n-1]+u[n]% G# r. }/ C" n. O5 D
% x[n]=h(s[n])+w[n]0 ` s% b5 l) q0 r4 x. a) {/ e
# g$ q# u" ?9 n& h# U: F N! u
% initialization% R- l! i7 S9 j; u' h! p! O0 D
clear;
T8 ?% o2 D0 {$ p* I, v3 L* hn=100;: |9 A4 |5 v" i8 H9 r/ j; _$ c9 `* S
A=[1 0 1 0;0 1 0 1;0 0 1 0;0 0 0 1];
! l2 Q4 ]% z- V! P# n: |' \( krx=zeros(1,n); % 实际位置
, l, {) F/ l. M& i% k1 kry=zeros(1,n); % 实际位置9 l% ]+ x/ d& b" N7 @3 c" L
vx=zeros(1,n); % 实际速度# W' W9 H* e; ~% ~! t! b
vy=zeros(1,n); % 实际速度
! Y' c( y n/ `0 Qrxe=zeros(1,n); % 精确位置9 y4 Y4 r) J1 o) J8 ^6 Q" N0 Z$ m F
rye=zeros(1,n); % 精确位置5 B- U9 ~. K( D
vxe=zeros(1,n); % 精确速度1 Z1 ?# @3 H3 Y
vye=zeros(1,n); % 精确速度/ N, Q8 M( C9 ~/ G0 D
rx(1,1)=10; % 位置初始
: H' ]" C% g$ G# O) [ry(1,1)=-5; % 位置初始* B) ^. _6 Z3 D
vx(1,1)=-0.2; % 速度初始
5 m# A2 z/ w' |; ~1 mvy(1,1)=0.2; % 速度初始
9 T8 W8 W* A, i2 Orxe(1,1)=10;
, I/ j y2 _+ u. D6 D0 c' I! ?rye(1,1)=-5;
) b( G" V& ~/ Yvxe(1,1)=-0.2;. x3 `2 A9 h; ~( g/ j
vye(1,1)=0.2;
4 Y+ @& z9 _, s$ P! ]' g& Js=[rx;ry;vx;vy];# |. p# C/ F7 M- T9 }
se=[rxe;rye;vxe;vye];. @5 R* W6 d. Z# b. j5 h8 t
r=zeros(1,n);; M, }, F% m/ o+ W: @0 P2 }
b=zeros(1,n);! T0 E- V" Y4 D: F( L5 e( o6 a5 `# w' n
rn=zeros(1,n);
4 K- y8 `) q& k4 _& W- u* g& c( [re=zeros(1,n);
, C9 S8 h5 s4 n! ?0 r! D0 G& Z7 X+ jbn=zeros(1,n); y& \! R/ Y& d/ m8 c
x=[rn;bn];
Z7 ?* ^0 v0 m% R( m6 W! vH=zeros(2,4,n);
4 m4 w& v0 r" e1 O$ i
m6 y4 b+ t( ^( X" y: fux=sqrt(0.00001)*randn(1,n);
! o5 q$ U5 d/ Q" n% quy=sqrt(0.00001)*randn(1,n);+ r8 S$ F1 X' {/ I: B; c& X6 W `
wr=sqrt(0.001)*randn(1,n);2 ^3 ~6 x5 e" d; H, P* O( b4 H. u
wb=sqrt(0.0001)*randn(1,n);, ^2 O @8 Q& y% ]
% t E( G1 F7 }! Z: _" l
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
/ X8 M$ r8 ?: a: x4 \9 w1 bC=[cov(wr) 0; 0 cov(wb)]; % 观测噪声矩阵
/ i* K" L7 E, {
- y( k1 C7 I4 v$ _2 o3 V+ Hss=zeros(4,n);% 精确值
: R7 T0 h* W. g/ |8 rsn=zeros(4,n); % 估计修正值
! C0 P f0 z, z1 F7 w& U# H5 Osn(:,1)=sn(:,1)+[15;5;0;0]; % 估计修正初始值
' E! e1 | C0 z1 p( Ess=zeros(4,n); % 一步预测6 {( I# u& w+ G
hs=zeros(2,n); % 观测值预测
' F8 e5 F7 @" x( L, U/ U5 T% Oinn=zeros(2,n); % 新息4 z3 j; z5 W5 f$ g
M=zeros(4,4,n); % 估计均方误差
9 N! h. W* J. JM(:,:,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7 Q" U1 F9 n- _3 |& Z4 I
MM=zeros(4,4,n); % 一步预测均方误差
5 E( e0 Q! Z& P/ b' i' OK=zeros(4,2,n); % 卡尔曼增益( O1 ~+ }/ j' e4 ~
1 Z5 X/ O9 q" U" I: f, G
% kalman filtering! g* C; H, z/ a% A
# t: [7 `: W. g+ [% _0 pfor t=1:n-1+ l. k# l4 V/ U* m
% s[n]=As*[n-1]+u[n]# \) h* y4 B, m8 G( W5 E) ^2 I
% x[n]=h(s[n])+w[n]4 c( K T" U7 V- K: b/ k1 i3 }* `* }8 g
D2 B( ^$ \4 P d S
vx(1,t+1)=vx(1,t)+ux(1,t+1); % 速度过程方程" t T. b% ?7 K6 N$ Y5 O, I# _
vy(1,t+1)=vy(1,t)+uy(1,t+1); % 速度过程方程" M" M. @ D$ y2 x( y+ I
rx(1,t+1)=rx(1,t)+vx(1,t); % 位置过程方程
3 q- R) P# z" _0 V ry(1,t+1)=ry(1,t)+vy(1,t); % 位置过程方程
# M5 I# t: G* q3 L% d+ \5 G4 y- R 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+ d0 T; f! i& ?9 n, l6 a4 b
! J, x% y8 v! c) q6 K3 W+ J d
vxe(1,t+1)=vxe(1,t); % 理论精确值
3 h" J; n) i. o- a vye(1,t+1)=vye(1,t); % 理论精确值
5 N& w' G4 y. F7 T: |5 h/ H) o Q3 M rxe(1,t+1)=rxe(1,t)+vxe(1,t); % 理论精确值4 d3 ?( p. N: E: G" r; V5 P
rye(1,t+1)=rye(1,t)+vye(1,t); % 理论精确值
& V# [/ z2 b7 A! q, W2 s% L 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*17 h8 K* L1 U2 ~& e. J$ `, g q
`9 B$ |% r& }. J' Q' y1 p8 l 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)
. m+ Q9 J o( i 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 U8 h# b. |% b) \! _* }# ? rn(1,t+1)=r(1,t+1)+wr(1,t+1); % 实际测量距离
]' s/ h; u3 h& P2 x! M% `' n5 t; H 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)' G4 A. b$ ^9 ?# U# z" Y
bn(1,t+1)=b(1,t+1)+wb(1,t+1); % 实际测量方位
! t4 o6 ~/ g% U2 R x(:,t+1)=[rn(1,t+1);bn(1,t+1)]; % 观测矩阵,维数2*1
/ b7 l$ ]1 l; y5 Z' F/ J$ p6 G# k' T8 h6 u9 a) C N
% 对观测方程求导,得到雅可比矩阵H,维数2*4
& z& x2 `% d0 u1 N. { 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];# M& F8 p( k8 h2 J: f
* \% \$ P/ f! ?# O7 ?, p9 W9 ~+ }6 j. q( j) N/ C1 \1 T
MM(:,:,t+1)=A*M(:,:,t)*A'+Q; % 一步预测均方误差
; r7 _9 B+ i$ {+ C! Y K(:,:,t+1)=MM(:,:,t+1)*H(:,:,t+1)'/(C+H(:,:,t+1)*MM(:,:,t+1)*H(:,:,t+1)'); % 卡尔曼增益
; k5 m& e1 m! O9 t- s t( v8 a M(:,:,t+1)=(eye(4)-K(:,:,t+1)*H(:,:,t+1))*MM(:,:,t+1);% 估计均方误差6 f4 U( K" Y* ? k% ~. i
ss(:,t+1)=A*sn(:,t); % 一步预测
$ w# R# i [0 `9 S1 c) h ^! s f 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
* Q, \% X/ D9 k( I. @& }5 T/ w inn(:,t+1)=x(:,t+1)-hs(:,t+1); % 新息
6 J! J* a% A$ n" R0 b6 i sn(:,t+1)=ss(:,t+1)+K(:,:,t+1)*inn(:,t+1); % 预测修正" t/ z+ [: p' X( [
end, j. j/ l/ F7 C/ w% B
- P$ i6 J* E: _subplot(2,1,1);
% U l- [+ r0 hplot(sn(1,:),sn(2,:)); % kalman估计值 q3 {9 d4 ]% b$ f% m/ u/ f
hold on;
/ e6 ^5 O9 M B3 P9 pplot(se(1,:),se(2,:),'-r'); % 理论精确值* C* Z+ [% w* p, c- A) Z0 C+ u
- j, D( p R6 _* \8 z1 P3 [. d
subplot(2,1,2);
4 L$ X' D8 z5 ?& mplot(rn); % 实际测量距离
5 ?8 H8 _; v! d2 S; nhold on;- O0 c* f# ^6 l. x3 i
plot(re,'-g'); % 理论精确值
6 Z' t1 J: f2 A2 J+ P* B$ X# t G$ y
! l7 z, l, B9 h5 T% H4 U. h |