二维轨迹的无迹卡尔曼滤波 python

时间: 2023-08-30 20:05:27 浏览: 37
以下是一个简单的 Python 代码示例,用于实现二维轨迹的无迹卡尔曼滤波: ```python import numpy as np def unscented_transform(sigma_points, weights): mean = np.sum(sigma_points * weights, axis=1) covariance = np.zeros((2, 2)) for i in range(sigma_points.shape[1]): diff = sigma_points[:, i] - mean covariance += weights[i] * np.outer(diff, diff) return mean, covariance def unscented_kalman_filter(z, dt, Q, R, x0, P0): n = len(x0) alpha = 1e-3 beta = 2 kappa = 0 lambda_ = alpha**2 * (n + kappa) - n c = n + lambda_ Wm = np.zeros(2 * n + 1) Wc = np.zeros(2 * n + 1) Wm[0] = lambda_ / c Wc[0] = Wm[0] + (1 - alpha**2 + beta) for i in range(1, 2 * n + 1): Wm[i] = 1 / (2 * c) Wc[i] = Wm[i] x = x0 P = P0 for i in range(len(z)): # Generate sigma points sigma_points = np.zeros((n, 2 * n + 1)) sigma_points[:, 0] = x for j in range(n): sigma_points[:, j+1] = x + np.sqrt(c) * np.sqrt(P[j, j]) sigma_points[:, j+1+n] = x - np.sqrt(c) * np.sqrt(P[j, j]) # Propagate sigma points through process model x_pred = np.zeros(n) for j in range(2 * n + 1): x_pred += Wm[j] * process_model(sigma_points[:, j], dt) P_pred = np.zeros((n, n)) for j in range(2 * n + 1): diff = process_model(sigma_points[:, j], dt) - x_pred P_pred += Wc[j] * np.outer(diff, diff) P_pred += Q # Propagate sigma points through measurement model z_pred = np.zeros(2) for j in range(2 * n + 1): z_pred += Wm[j] * measurement_model(sigma_points[:, j]) S = np.zeros((2, 2)) for j in range(2 * n + 1): diff = measurement_model(sigma_points[:, j]) - z_pred S += Wc[j] * np.outer(diff, diff) S += R # Calculate Kalman gain K = np.dot(P_pred, np.linalg.inv(S)) # Update state estimate and covariance x = x_pred + np.dot(K, z[i] - z_pred) P = P_pred - np.dot(K, np.dot(S, K.T)) return x, P def process_model(x, dt): # Simple linear process model A = np.array([[1, dt], [0, 1]]) return np.dot(A, x) def measurement_model(x): # Simple linear measurement model H = np.array([[1, 0], [0, 1]]) return np.dot(H, x) # Example usage z = np.array([[1, 2], [2, 4], [3, 6], [4, 8], [5, 10]]) dt = 1 Q = np.eye(2) * 0.1 R = np.eye(2) * 1 x0 = np.zeros(2) P0 = np.eye(2) * 10 x, P = unscented_kalman_filter(z, dt, Q, R, x0, P0) print(x) print(P) ``` 这个代码示例中实现了一个简单的二维轨迹的无迹卡尔曼滤波器。在这个例子中,假设我们已经测量了轨迹在时间 $t=1,2,3,4,5$ 时的位置 $(1,2),(2,4),(3,6),(4,8),(5,10)$。我们使用一个简单的线性过程模型($x_{k+1} = Ax_k$)和线性测量模型($z_k = Hx_k$),并且假设过程噪声和测量噪声都是高斯分布的。我们使用无迹卡尔曼滤波器来估计轨迹的状态和协方差矩阵。最后,我们输出估计的状态和协方差矩阵。

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