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% function EXT Kalman Filtering
! R) t( q: T1 S" v } s% vx[n]=vx[n-1]+ux[n]4 t8 b5 a) P: C N7 x* J! ]
% vy[n]=vy[n-1]+uy[n]5 L! M: m) |0 I- G U6 O/ J
% rx[n]=rx[n-1]+vx[n-1]*t
) {5 ^" k/ X9 W% ry[n]=ry[n-1]+vy[n-1]*t3 U% p$ l8 M% w
% s[n]=[rx[n];ry[n];vx[n];vy[n]]
) `0 y# Z y9 I: t9 ~( A( ?% h% A=[1 0 t 0;0 1 0 t;0 0 1 0;0 0 0 1] G" H- Z' |; n* R+ E4 |
% s[n-1]=[rx[n-1];ry[n-1];vx[n-1];vy[n-1]]
0 m# r1 ?# n! `% u[n]=[0;0;ux[n];uy[n]]
" n8 Q3 V8 \$ u! s( p7 D% s[n]=As*[n-1]+u[n]
1 D0 ]2 ]" J" T) I9 Q( w9 g2 N4 x) `% x[n]=h(s[n])+w[n]
( D X7 k/ y1 Y0 W6 t. V( O- u0 [) ^& K& h! H! V* {
% initialization! \0 ?! k* D* s; K& e5 h0 n
clear;
6 W; N2 j3 @8 ?3 bn=100;
* K, Z3 O3 z7 Q6 Z0 yA=[1 0 1 0;0 1 0 1;0 0 1 0;0 0 0 1];5 T; J! a8 s- l( Y7 S' }( X0 b
rx=zeros(1,n); % 实际位置9 G( e- m. Y2 l% ~0 ]! h/ p
ry=zeros(1,n); % 实际位置+ N; e0 q% J0 B0 T5 A, g
vx=zeros(1,n); % 实际速度
+ i& A: C' q/ Q+ y% ivy=zeros(1,n); % 实际速度
* z( n! }9 J! Yrxe=zeros(1,n); % 精确位置$ y- F% Z; [5 ]6 G7 N4 Q. T
rye=zeros(1,n); % 精确位置
# _6 @$ S! N* rvxe=zeros(1,n); % 精确速度4 }( A' b7 M% y& `
vye=zeros(1,n); % 精确速度. a+ q4 ~7 d' U9 ?7 V
rx(1,1)=10; % 位置初始7 ~6 y; t7 s2 z; L& Y9 L8 o" o9 H7 O
ry(1,1)=-5; % 位置初始
, b9 k1 v0 A1 H7 J0 P. ^vx(1,1)=-0.2; % 速度初始
0 Z6 ?! I% a7 R. _7 @: I! Dvy(1,1)=0.2; % 速度初始
. B8 x/ ?8 N' a9 o( m: m& rrxe(1,1)=10;5 d1 c! Q3 K9 m4 v
rye(1,1)=-5;
& ]* N& ]7 w! f7 |, uvxe(1,1)=-0.2;0 V, M/ G& X* K H) k5 o8 [
vye(1,1)=0.2;
+ d/ G* ~5 Z3 W. E1 C3 qs=[rx;ry;vx;vy];
" }1 M5 s" B) M) jse=[rxe;rye;vxe;vye];4 `; r' e9 H1 y& O% {- e
r=zeros(1,n);! l# ^7 L' J$ f% M
b=zeros(1,n);
2 M7 i$ t9 ~: n# |( z) A% ~rn=zeros(1,n);
: [( U) ?7 Y# \/ Qre=zeros(1,n);
7 j/ |! U9 G0 a' ?7 T: i4 Obn=zeros(1,n);
$ t2 U9 R/ `8 s$ D& Y3 Nx=[rn;bn];6 `9 [0 N: d, |2 A# l, k' y2 x- Q
H=zeros(2,4,n);1 Z! j1 R8 m- w; N
$ A& u( L; q9 C9 A, J! {9 vux=sqrt(0.00001)*randn(1,n);7 b2 i' M0 T: \4 p
uy=sqrt(0.00001)*randn(1,n); n# L- \" i+ z' ^
wr=sqrt(0.001)*randn(1,n);
5 Z g3 a" i8 m9 pwb=sqrt(0.0001)*randn(1,n);* q6 @( Q/ ]. \6 \
) E4 J9 L$ C2 k8 d4 NQ=[0 0 0 0;0 0 0 0;0 0 cov(ux) 0;0 0 0 cov(uy)]; % 过程噪声矩阵
/ I" a( [' a$ e: T0 fC=[cov(wr) 0; 0 cov(wb)]; % 观测噪声矩阵
9 J( O; `! p1 L' A% n; Y$ B( b5 A! L
ss=zeros(4,n);% 精确值
2 N' m0 H9 v* x" U+ N: G! _sn=zeros(4,n); % 估计修正值+ @( z$ T3 Y$ r6 }) x0 b* Q
sn(:,1)=sn(:,1)+[15;5;0;0]; % 估计修正初始值
* \4 }. I4 [5 z, _1 G8 O7 nss=zeros(4,n); % 一步预测3 w2 z) c, ^# B* Z
hs=zeros(2,n); % 观测值预测/ |# H7 z0 L+ S) |- \* G
inn=zeros(2,n); % 新息! `! x; t5 C9 W6 l5 Z" Q8 w3 m- _
M=zeros(4,4,n); % 估计均方误差9 L; Z+ q4 k$ k9 ]' a8 f& I3 k- T
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& G; q1 s. A3 N* p3 B# h. x
MM=zeros(4,4,n); % 一步预测均方误差; I4 f* P+ S9 \1 U$ b' ~# l7 t$ w- S
K=zeros(4,2,n); % 卡尔曼增益
% j9 p" m4 k; ~0 M5 c1 @8 O" y% b
' A6 Y- E6 M \, ]4 H' w3 Q% kalman filtering( [1 j) _8 R! R
1 |9 a- `2 K7 {$ d, Vfor t=1:n-1
+ p! D6 s; e& B! Z& A% s[n]=As*[n-1]+u[n]' B6 n r2 {6 k
% x[n]=h(s[n])+w[n]+ M( S0 w9 ^8 a1 i' K
3 W2 n6 O. j$ j( t
vx(1,t+1)=vx(1,t)+ux(1,t+1); % 速度过程方程
) ^/ X$ I6 O. H8 x; q5 E: U vy(1,t+1)=vy(1,t)+uy(1,t+1); % 速度过程方程
2 ^4 x+ o$ l& r/ n% o- c+ |- s rx(1,t+1)=rx(1,t)+vx(1,t); % 位置过程方程
) J- u7 H! f; }' Z# ~7 j4 Z% ^ ry(1,t+1)=ry(1,t)+vy(1,t); % 位置过程方程
T; {, e y6 R8 p, K 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
* V5 m- u, @/ `" h* ] T: C$ N. E$ `/ b# c6 {- c
vxe(1,t+1)=vxe(1,t); % 理论精确值. s! b; x' J u2 ?
vye(1,t+1)=vye(1,t); % 理论精确值% |5 \% b; P' E/ u
rxe(1,t+1)=rxe(1,t)+vxe(1,t); % 理论精确值8 g* k; G6 O8 |
rye(1,t+1)=rye(1,t)+vye(1,t); % 理论精确值
& f8 i0 e i9 I c. Q 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
7 y+ O' ]6 [1 Q; J
- B( Z4 e+ o( Q+ Q$ P* ^ 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)
7 b5 S7 Z8 U: p, A3 g( S b(1,t+1)=atan(ry(1,t+1)/rx(1,t+1)); % 理论测量方位(含测量误差)' O4 v4 m+ g6 j, i
rn(1,t+1)=r(1,t+1)+wr(1,t+1); % 实际测量距离
% k4 y* q: v" m7 v4 ^ L1 z 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)
+ K0 J& h. y/ Y4 t! W3 r/ f6 u1 R7 ?& ] bn(1,t+1)=b(1,t+1)+wb(1,t+1); % 实际测量方位
2 u/ A2 v" p8 G% ~ x(:,t+1)=[rn(1,t+1);bn(1,t+1)]; % 观测矩阵,维数2*16 D; w# a* \, D9 y7 o
- {8 C0 B' u5 p$ |+ D/ ~
% 对观测方程求导,得到雅可比矩阵H,维数2*4
" V% c+ |9 C- c) d 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]; D4 y9 @0 z8 H5 E5 y0 v$ X7 @
4 \! G3 ]* T3 L: `5 R# f( k2 U2 R2 `4 u1 K/ X* l2 C D c" t ?/ q$ O
MM(:,:,t+1)=A*M(:,:,t)*A'+Q; % 一步预测均方误差
, O5 B2 p7 L! H, b5 x! w K(:,:,t+1)=MM(:,:,t+1)*H(:,:,t+1)'/(C+H(:,:,t+1)*MM(:,:,t+1)*H(:,:,t+1)'); % 卡尔曼增益& D, U2 b5 L' f' Q3 \
M(:,:,t+1)=(eye(4)-K(:,:,t+1)*H(:,:,t+1))*MM(:,:,t+1);% 估计均方误差* I1 }0 r: n, R
ss(:,t+1)=A*sn(:,t); % 一步预测
( }" U7 [8 y; c0 I% M9 k5 Y' s 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
2 H8 j+ ]! p1 [ n inn(:,t+1)=x(:,t+1)-hs(:,t+1); % 新息" G4 S% ^# h- n3 i
sn(:,t+1)=ss(:,t+1)+K(:,:,t+1)*inn(:,t+1); % 预测修正
. P. i+ L6 Z; u8 L. O% Bend
+ V! A( o+ m+ G1 n5 r: j% e0 L- x6 J$ Z8 k1 a2 I6 U8 k
subplot(2,1,1);0 R! i9 O, R2 \0 {9 g
plot(sn(1,:),sn(2,:)); % kalman估计值5 [+ r9 l4 J/ p. i. o
hold on;- n1 ]' i @3 E# e$ q1 o, m3 ?
plot(se(1,:),se(2,:),'-r'); % 理论精确值
; W V! a5 c! P: p1 D& K5 |% I/ z2 i& F8 o0 ^4 w( Q6 ^
subplot(2,1,2); 2 r& t3 a( p* J. M8 O3 p
plot(rn); % 实际测量距离8 u% p0 |0 ?# C5 X g( O
hold on;; {. ~% ~( j2 c' \
plot(re,'-g'); % 理论精确值
' M+ c9 j7 ^# i: X) c) W0 @% E0 I
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