matlab无迹卡尔曼预测正弦波

时间: 2023-07-21 13:09:09 浏览: 83
你可以使用无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter, UKF)来预测正弦波。以下是使用Matlab实现的示例代码: ```matlab % 步骤1:定义系统模型 % 状态转移矩阵 A = [1]; % 系统噪声方差 Q = 0.1; % 观测矩阵 H = [1]; % 观测噪声方差 R = 0.5; % 初始状态 x0 = 0; % 初始状态协方差矩阵 P0 = 1; % 步骤2:生成真实正弦波数据 % 时间步长 dt = 0.1; % 时间向量 t = 0:dt:10; % 真实正弦波的频率和振幅 freq = 0.5; amplitude = 1; % 生成真实正弦波数据 x_true = amplitude * sin(2*pi*freq*t); % 步骤3:实施无迹卡尔曼滤波 % 初始化滤波器 x_est = x0; % 估计的状态 P_est = P0; % 估计的状态协方差矩阵 % 存储估计的状态和观测 x_est_history = zeros(size(t)); x_est_history(1) = x_est; % 实施滤波 for i = 2:length(t) % 步骤3.1:预测状态 % 生成sigma点 sigma_points = sigmaPoints(x_est, P_est); % sigma点通过状态转移方程预测 x_pred = predictState(sigma_points, A); % 预测状态协方差矩阵 P_pred = predictCovariance(sigma_points, x_pred, Q); % 步骤3.2:更新状态估计 % 生成sigma点 sigma_points = sigmaPoints(x_pred, P_pred); % sigma点通过观测模型预测观测 z_pred = predictObservation(sigma_points, H); % 更新状态估计 [x_est, P_est] = updateState(sigma_points, x_pred, P_pred, z_pred, x_true(i), R); % 存储估计的状态 x_est_history(i) = x_est; end % 绘制结果 figure; plot(t, x_true, 'b', 'LineWidth', 2); hold on; plot(t, x_est_history, 'r--', 'LineWidth', 1.5); xlabel('时间'); ylabel('状态'); legend('真实状态', '估计状态'); title('无迹卡尔曼滤波预测正弦波'); % 辅助函数 % 生成sigma点 function sigma_points = sigmaPoints(x, P) n = length(x); % 状态维度 lambda = 1; % 参数 kappa = 0; % 参数 % sigma点权重 w_m = zeros(2*n+1, 1); w_m(1) = lambda / (n + lambda); w_m(2:end) = 1 / (2 * (n + lambda)); w_c = w_m; w_c(1) = w_c(1) + (1 - lambda / (n + lambda) + kappa); % sigma点生成 sigma_points = zeros(n, 2*n+1); sigma_points(:, 1) = x; sqrt_P = chol((n + lambda) * P, 'lower'); for i = 1:n sigma_points(:, i+1) = x + sqrt(n + lambda) * sqrt_P(:, i); sigma_points(:, n+i+1) = x - sqrt(n + lambda) * sqrt_P(:, i); end end % sigma点通过状态转移方程预测 function x_pred = predictState(sigma_points, A) n = size(sigma_points, 1); % 状态维度 x_pred = A * sigma_points; end % 预测状态协方差矩阵 function P_pred = predictCovariance(sigma_points, x_pred, Q) n = size(sigma_points, 1); % 状态维度 num_points = size(sigma_points, 2); % sigma点数量 P_pred = zeros(n); for i = 1:num_points delta = sigma_points(:, i) - x_pred; P_pred = P_pred + delta * delta'; end P_pred = P_pred / num_points + Q; end % sigma点通过观测模型预测观测 function z_pred = predictObservation(sigma_points, H) z_pred = H * sigma_points; end % 更新状态估计 function [x_est, P_est] = updateState(sigma_points, x_pred, P_pred, z_pred, z, R) n = size(sigma_points, 1); % 状态维度 num_points = size(sigma_points, 2); % sigma点数量 P_xy = zeros(n, 1); P_zz = zeros(1); for i = 1:num_points delta_x = sigma_points(:, i) - x_pred; delta_z = z_pred(:, i) - z; P_xy = P_xy + delta_x * delta_z'; P_zz = P_zz + delta_z * delta_z'; end P_xy = P_xy / num_points; P_zz = P_zz / num_points + R; K = P_xy / P_zz; % 卡尔曼增益 x_est = x_pred + K * (z - z_pred); P_est = P_pred - K * P_zz * K'; end ``` 这段代码会生成一个包含真实状态和估计状态的图形。你可以自行调整系统模型参数和正弦波的频率和振幅来进行实验。希望对你有所帮助!

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