卡爾曼濾波演算法原理
# -*- coding=utf-8 -*- # Kalman filter example demo in Python # A Python implementation of the example given in pages 11-15 of "An # Introduction to the Kalman Filter" by Greg Welch and Gary Bishop, # University of North Carolina at Chapel Hill, Department of Computer # Science, TR 95-041, # http://www.cs.unc.edu/~welch/kalman/kalmanIntro.html # by Andrew D. Straw #coding:utf-8 import numpy import pylab #這裡是假設A=1,H=1的情況 # 引數初始化 n_iter = 50 sz = (n_iter,) # size of array x = -0.37727 # truth value (typo in example at top of p. 13 calls this z)真實值 z = numpy.random.normal(x,0.1,size=sz) # observations (normal about x, sigma=0.1)觀測值 Q = 1e-5 # process variance # 分配陣列空間 xhat=numpy.zeros(sz) # a posteri estimate of x 濾波估計值 P=numpy.zeros(sz) # a posteri error estimate濾波估計協方差矩陣 xhatminus=numpy.zeros(sz) # a priori estimate of x 估計值 Pminus=numpy.zeros(sz) # a priori error estimate估計協方差矩陣 K=numpy.zeros(sz) # gain or blending factor卡爾曼增益 R = 0.1**2 # estimate of measurement variance, change to see effect # intial guesses xhat[0] = 0.0 P[0] = 1.0 for k in range(1,n_iter): # 預測 xhatminus[k] = xhat[k-1] #X(k|k-1) = AX(k-1|k-1) + BU(k) + W(k),A=1,BU(k) = 0 Pminus[k] = P[k-1]+Q #P(k|k-1) = AP(k-1|k-1)A' + Q(k) ,A=1 # 更新 K[k] = Pminus[k]/( Pminus[k]+R ) #Kg(k)=P(k|k-1)H'/[HP(k|k-1)H' + R],H=1 xhat[k] = xhatminus[k]+K[k]*(z[k]-xhatminus[k]) #X(k|k) = X(k|k-1) + Kg(k)[Z(k) - HX(k|k-1)], H=1 P[k] = (1-K[k])*Pminus[k] #P(k|k) = (1 - Kg(k)H)P(k|k-1), H=1 pylab.figure() pylab.plot(z,'k+',label='noisy measurements') #觀測值 pylab.plot(xhat,'b-',label='a posteri estimate') #濾波估計值 pylab.axhline(x,color='g',label='truth value') #真實值 pylab.legend() pylab.xlabel('Iteration') pylab.ylabel('Voltage') pylab.figure() valid_iter = range(1,n_iter) # Pminus not valid at step 0 pylab.plot(valid_iter,Pminus[valid_iter],label='a priori error estimate') pylab.xlabel('Iteration') pylab.ylabel('$(Voltage)^2$') pylab.setp(pylab.gca(),'ylim',[0,.01]) pylab.show()
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