粒子滤波算法用于估计车体位姿,请用C++实现

时间: 2023-10-15 17:05:36 浏览: 37
以下是一个使用 C++ 实现粒子滤波算法用于估计车体位姿的示例代码: ```cpp #include <iostream> #include <vector> #include <random> #include <cmath> using namespace std; // 车体模型 struct CarModel { double x; // x 坐标 double y; // y 坐标 double theta; // 方向角 double v; // 速度 double omega; // 角速度 }; // 状态转移函数 void transition_fn(CarModel& state, double delta_t) { // 计算新状态 state.x += state.v * cos(state.theta) * delta_t; state.y += state.v * sin(state.theta) * delta_t; state.theta += state.omega * delta_t; } // 观测函数 double observation_fn(const CarModel& state) { // 添加噪声,模拟测量误差 static default_random_engine e; static normal_distribution<double> n(0, 0.1); return state.x + n(e); } // 粒子采样函数 void sample_fn(CarModel& state) { // 添加噪声,模拟运动误差 static default_random_engine e; static normal_distribution<double> n_x(0, 0.1); static normal_distribution<double> n_y(0, 0.1); static normal_distribution<double> n_theta(0, 0.01); static normal_distribution<double> n_v(0, 0.1); static normal_distribution<double> n_omega(0, 0.01); state.x += n_x(e); state.y += n_y(e); state.theta += n_theta(e); state.v += n_v(e); state.omega += n_omega(e); } // 粒子滤波算法 void particle_filter(const CarModel& init_state, const vector<double>& control, const vector<double>& measurements, int num_particles) { // 初始化粒子 vector<CarModel> particles(num_particles, init_state); // 初始化粒子权重 vector<double> weights(num_particles, 1.0 / num_particles); // 遍历每个时间步 for (int t = 0; t < control.size(); t++) { // 预测状态值 for (int i = 0; i < num_particles; i++) { transition_fn(particles[i], control[t]); sample_fn(particles[i]); } // 计算粒子权重 for (int i = 0; i < num_particles; i++) { double diff = measurements[t] - observation_fn(particles[i]); weights[i] *= exp(-0.5 * diff * diff); } // 归一化粒子权重 double sum_weights = 0; for (int i = 0; i < num_particles; i++) { sum_weights += weights[i]; } for (int i = 0; i < num_particles; i++) { weights[i] /= sum_weights; } // 重采样粒子 vector<CarModel> resampled_particles(num_particles); int index = rand() % num_particles; double beta = 0; double max_weight = *max_element(weights.begin(), weights.end()); for (int i = 0; i < num_particles; i++) { beta += rand() / (RAND_MAX + 1.0) * 2.0 * max_weight; while (beta > weights[index]) { beta -= weights[index]; index = (index + 1) % num_particles; } resampled_particles[i] = particles[index]; } particles = resampled_particles; // 输出估计值 double x_sum = 0, y_sum = 0, theta_sum = 0; for (int i = 0; i < num_particles; i++) { x_sum += particles[i].x; y_sum += particles[i].y; theta_sum += particles[i].theta; } double x_mean = x_sum / num_particles; double y_mean = y_sum / num_particles; double theta_mean = theta_sum / num_particles; cout << "t=" << t << ": x=" << x_mean << ", y=" << y_mean << ", theta=" << theta_mean << endl; } } int main() { // 初始化车体状态 CarModel init_state{0, 0, 0, 0, 0}; // 构造控制序列和观测序列 vector<double> control{1, 1, 1}; vector<double> measurements{0.1, 0.2, 0.3}; // 运行粒子滤波算法 particle_filter(init_state, control, measurements, 1000); return 0; } ``` 上述代码定义了一个 `CarModel` 结构体,表示车体模型,其中包含了车体的位置坐标、方向角、速度和角速度等状态量。`transition_fn` 函数表示状态转移函数,`observation_fn` 函数表示观测函数,`sample_fn` 函数表示粒子采样函数。`particle_filter` 函数实现了粒子滤波算法,其中包括状态预测、权重更新、重采样等过程。最后,通过遍历时间步,对每个时间步的状态进行估计,并输出估计值。

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