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文档简介

1、% EKF UKF PF 的三个算法clear;% tic;x = 0.1; % 初始状态x_estimate = 1;%状态的估计e_x_estimate = x_estimate; %EKF的初始估计u_x_estimate = x_estimate; %UKF的初始估计p_x_estimate = x_estimate; %PF的初始估计Q = 10;%input('请输入过程噪声方差Q 的值: ' % 过程状态协方差R = 1;%input('请输入测量噪声方差R 的值: ' % 测量噪声协方差P =5;%初始估计方差e_P = P; %UKF方差u_P

2、 = P;%UKF方差pf_P = P;%PF方差tf = 50; % 模拟长度x_array = x;%真实值数组e_x_estimate_array = e_x_estimate;%EKF最优估计值数组u_x_estimate_array = u_x_estimate;%UKF最优估计值数组p_x_estimate_array = p_x_estimate;%PF最优估计值数组u_k = 1; %微调参数u_symmetry_number = 4; % 对称的点的个数u_total_number = 2 * u_symmetry_number + 1; %总的采样点的个数linear =

3、0.5;N = 500; %粒子滤波的粒子数close all;%粒子滤波初始 N 个粒子for i = 1 : Np_xpart(i = p_x_estimate + sqrt(pf_P * randn;endfor k = 1 : tf% 模拟系统x = linear * x + (25 * x / (1 + x2 + 8 * cos(1.2*(k-1 + sqrt(Q * randn; %状态值y = (x2 / 20 + sqrt(R * randn; %观测值%扩展卡尔曼滤波器%进行估计 第一阶段的估计e_x_estimate_1 = linear * e_x_estimate +

4、25 * e_x_estimate /(1+e_x_estimate2 + 8 * cos(1.2*(k-1; e_y_estimate = (e_x_estimate_12/20; %这是根据k=1时估计值为1得到的观测值;只是这个由我估计得到的 第24行的y 也是观测值 不过是由加了噪声的真实值得到的%相关矩阵e_A = linear + 25 * (1-e_x_estimate2/(1+e_x_estimate22;%传递矩阵e_H = e_x_estimate_1/10; %观测矩阵%估计的误差e_p_estimate = e_A * e_P * e_A' + Q;%扩展卡尔曼

5、增益e_K = e_p_estimate * e_H'/(e_H * e_p_estimate * e_H' + R;%进行估计值的更新 第二阶段e_x_estimate_2 = e_x_estimate_1 + e_K * (y - e_y_estimate;%更新后的估计值的误差e_p_estimate_update = e_p_estimate - e_K * e_H * e_p_estimate;%进入下一次迭代的参数变化e_P = e_p_estimate_update;e_x_estimate = e_x_estimate_2;% 粒子滤波器% 粒子滤波器for i

6、 = 1 : Np_xpartminus(i = 0.5 * p_xpart(i + 25 * p_xpart(i / (1 + p_xpart(i2 + 8 * cos(1.2*(k-1 + sqrt(Q * randn; %这个式子比下面一行的效果好% xpartminus(i = 0.5 * xpart(i + 25 * xpart(i / (1 + xpart(i2 + 8 * cos(1.2*(k-1;p_ypart = p_xpartminus(i2 / 20; %预测值p_vhat = y - p_ypart;% 观测和预测的差p_q(i = (1 / sqrt(R / sqrt

7、(2*pi * exp(-p_vhat2 / 2 / R; %各个粒子的权值end% 平均每一个估计的可能性p_qsum = sum(p_q;for i = 1 : Np_q(i = p_q(i / p_qsum;%各个粒子进行权值归一化end% 重采样 权重大的粒子多采点,权重小的粒子少采点, 相当于每一次都进行重采样; for i = 1 : Np_u = rand;p_qtempsum = 0;for j = 1 : Np_qtempsum = p_qtempsum + p_q(j;if p_qtempsum >= p_up_xpart(i = p_xpartminus(j; %在

8、这里 xpart(i 实现循环赋值;终于找到了这里! break;endendendp_x_estimate = mean(p_xpart;% p_x_estimate = 0;% for i = 1 : N% p_x_estimate =p_x_estimate + p_q(i*p_xpart(i;% end%不敏卡尔曼滤波器%采样点的选取 存在x(iu_x_par = u_x_estimate;for i = 2 : (u_symmetry_number+1u_x_par(i,: = u_x_estimate + sqrt(u_symmetry_number+u_k * u_P;endfo

9、r i = (u_symmetry_number+2 : u_total_numberu_x_par(i,: = u_x_estimate - sqrt(u_symmetry_number+u_k * u_P;end%计算权值u_w_1 = u_k/(u_symmetry_number+u_k;u_w_N1 = 1/(2 * (u_symmetry_number+u_k;%把这些粒子通过传递方程 得到下一个状态for i = 1: u_total_numberu_x_par(i = 0.5 * u_x_par(i + 25 * u_x_par(i/(1+u_x_par(i2 + 8 * cos

10、(1.2*(k-1; end%传递后的均值和方差u_x_next = u_w_1 * u_x_par(1;for i = 2 : u_total_numberu_x_next = u_x_next + u_w_N1 * u_x_par(i;endu_p_next = Q + u_w_1 * (u_x_par(1-u_x_next * (u_x_par(1-u_x_next'for i = 2 : u_total_numberu_p_next = u_p_next + u_w_N1 * (u_x_par(i-u_x_next * (u_x_par(i-u_x_next' end%

11、 %对传递后的均值和方差进行采样 产生粒子 存在y(i% u_y_2obser(1 = u_x_next;% for i = 2 : (u_symmetry_number+1% u_y_2obser(i,: = u_x_next + sqrt(u_symmetry_number+k * u_p_next;% end% for i = (u_symmetry_number + 2 : u_total_number% u_y_2obser(i,: = u_x_next - sqrt(u_symmetry_number+u_k * u_p_next; % end%另外存在y_2obser(i 中;f

12、or i = 1 :u_total_numberu_y_2obser(i,: = u_x_par(i;end%通过观测方程 得到一系列的粒子for i = 1: u_total_numberu_y_2obser(i = u_y_2obser(i2/20;end%通过观测方程后的均值 y_obseu_y_obse = u_w_1 * u_y_2obser(1;for i = 2 : u_total_numberu_y_obse = u_y_obse + u_w_N1 * u_y_2obser(i;end%Pzz测量方差矩阵u_pzz = R + u_w_1 * (u_y_2obser(1-u_y

13、_obse*(u_y_2obser(1-u_y_obse'for i = 2 : u_total_numberu_pzz = u_pzz + u_w_N1 * (u_y_2obser(i - u_y_obse*(u_y_2obser(i - u_y_obse' end%Pxz状态向量与测量值的协方差矩阵u_pxz = u_w_1 * (u_x_par(1 - u_x_next* (u_y_2obser(1-u_y_obse'for i = 2 : u_total_numberu_pxz = u_pxz + u_w_N1 * (u_x_par(i - u_x_next *

14、 (u_y_2obser(i- u_y_obse' end%卡尔曼增益u_K = u_pxz/u_pzz;%估计量的更新u_x_next_optimal = u_x_next + u_K * (y - u_y_obse;%第一步的估计值 + 修正值;u_x_estimate = u_x_next_optimal;%方差的更新u_p_next_update = u_p_next - u_K * u_pzz * u_K'u_P = u_p_next_update;%进行画图程序x_array = x_array,x;e_x_estimate_array = e_x_estimate

15、_array,e_x_estimate;p_x_estimate_array = p_x_estimate_array,p_x_estimate;u_x_estimate_array = u_x_estimate_array,u_x_estimate;e_error(k,: = abs(x_array(k-e_x_estimate_array(k;p_error(k,: = abs(x_array(k-p_x_estimate_array(k;u_error(k,: = abs(x_array(k-u_x_estimate_array(k;endt = 0 : tf;figure;plot(t

16、,x_array,'k.',t,e_x_estimate_array,'r-',t,p_x_estimate_array,'g-',t,u_x_estimate_array,'b:' set(gca,'FontSize',10;set(gcf,'color','White'xlabel('时间步长'% lable ->label 我的神ylabel('状态'legend('真实值','EKF 估计值','P

17、F 估计值','UKF 估计值'figure;plot(t,x_array,'k.',t,p_x_estimate_array,'g-', t, p_x_estimate_array-1.96*sqrt(P, 'r:', t, p_x_estimate_array+1.96*sqrt(P, 'r:'set(gca,'FontSize',10;set(gcf,'color','White'xlabel('时间步长'% lable ->lab

18、el 我的神ylabel('状态'legend('真实值','PF 估计值', '95% 置信区间'%root mean square 平均值的平方根e_xrms = sqrt(norm(x_array-e_x_estimate_array2/tf;disp('EKF估计误差均方值=',num2str(e_xrms;p_xrms = sqrt(norm(x_array-p_x_estimate_array2/tf;disp('PF估计误差均方值=',num2str(p_xrms;u_xrms = sqrt(norm(x_array-u_x_estimate_array2/tf;disp('UKF估计误差均方值=',num2str(u_xrms;% plot(t,e_error,'r-',t,p_error,'g-',t,u_error,'b:'% legend('EKF估计值误差','PF 估计值误差','UKF 估计值误差&#

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