C语言写IMM滤波算法

以下是使用C语言编写的基于IMM滤波算法的GPS定位程序示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

#define N 2 // 状态量维度
#define M 1 // 观测量维度
#define L 3 // 模型数

// 状态转移矩阵
double F[L][N][N] = {
    {{1, 0}, {0, 1}}, // 模型1
    {{1, 0.1}, {0, 1}}, // 模型2
    {{1, 0.2}, {0, 1}} // 模型3
};

// 过程噪声协方差矩阵
double Q[L][N][N] = {
    {{0.01, 0}, {0, 0.01}}, // 模型1
    {{0.01, 0}, {0, 0.05}}, // 模型2
    {{0.01, 0}, {0, 0.1}} // 模型3
};

// 观测矩阵
double H[M][N] = {{1, 0}};

// 观测噪声协方差矩阵
double R[M][M] = {{0.1}};

// 初始状态矩阵
double x0[N] = {0, 0};

// 初始状态协方差矩阵
double P0[N][N] = {{1, 0}, {0, 1}};

// 模型转移概率矩阵
double A[L][L] = {{0.8, 0.1, 0.1}, {0.3, 0.4, 0.3}, {0.1, 0.2, 0.7}};

// 初始化滤波器
void initFilter(double *x, double (*P)[N][N], double (*w)[L], double (*v)[L][M], double (*F)[N][N], double (*Q)[N][N])
{
    int i, j;

    for(i = 0; i < L; i++){
        w[0][i] = 1.0 / L;
        for(j = 0; j < M; j++){
            v[0][i][j] = 0;
        }
    }
    for(i = 0; i < N; i++){
        x[i] = x0[i];
        for(j = 0; j < N; j++){
            (*P)[i][j] = P0[i][j];
        }
    }
    for(i = 0; i < L; i++){
        for(j = 0; j < N; j++){
            (*F)[i][j][j] = F[i][j][j];
            (*Q)[i][j][j] = Q[i][j][j];
        }
    }
}

// IMM滤波算法
void IMMFilter(double z, double *x, double (*P)[N][N], double (*w)[L], double (*v)[L][M], double (*F)[L][N][N], double (*Q)[L][N][N], double (*H)[M][N], double (*R)[M][M], double (*A)[L][L])
{
    int i, j, k;
    double c[L], p[L], s, y[M], S[M][M], K[N][M], I[N][N], Pp[L][N][N], xp[L][N], Pxp[L][N][N], vxp[L][M], w1[L], w2[L], w3[L];

    // 计算模型预测状态和协方差矩阵
    for(i = 0; i < L; i++){
        for(j = 0; j < N; j++){
            xp[i][j] = 0;
            for(k = 0; k < N; k++){
                xp[i][j] += F[i][j][k] * x[k];
            }
        }
        for(j = 0; j < N; j++){
            for(k = 0; k < N; k++){
                Pp[i][j][k] = 0;
                for(int l = 0; l < N; l++){
                    Pp[i][j][k] += F[i][j][l] * (*P)[l][k] * F[i][k][l];
                }
                Pp[i][j][k] += Q[i][j][k];
            }
        }
    }

    // 计算模型预测观测量和协方差矩阵
    for(i = 0; i < L; i++){
        for(j = 0; j < M; j++){
            vxp[i][j] = 0;
            for(k = 0; k < N; k++){
                vxp[i][j] += (*H)[j][k] * xp[i][k];
            }
            v[i][j] = z - vxp[i][j];
        }
        for(j = 0; j < M; j++){
            for(k = 0; k < M; k++){
                S[j][k] = 0;
                for(int l = 0; l < N; l++){
                    S[j][k] += (*H)[j][l] * Pp[i][l][k] * (*H)[k][l];
                }
                S[j][k] += (*R)[j][k];
            }
        }
    }

    // 计算模型预测权重和后验权重
    s = 0;
    for(i = 0; i < L; i++){
        p[i] = 0;
        for(j = 0; j < M; j++){
            y[j] = 0;
            for(k = 0; k < N; k++){
                y[j] += (*H)[j][k] * xp[i][k];
            }
            p[i] += exp(-0.5 * v[i][j] * v[i][j] / S[j][j]) / sqrt(2 * M_PI * S[j][j]);
        }
        c[i] = w[0][i] * p[i];
        s += c[i];
    }
    for(i = 0; i < L; i++){
        w1[i] = c[i] / s;
        w2[i] = 0;
        for(j = 0; j < L; j++){
            w2[i] += A[j][i] * w1[j];
        }
        w3[i] = w1[i] / w2[i];
    }

    // 计算模型加权后验状态和协方差矩阵
    for(i = 0; i < N; i++){
        x[i] = 0;
        for(j = 0; j < L; j++){
            x[i] += w3[j] * xp[j][i];
        }
    }
    for(i = 0; i < N; i++){
        for(j = 0; j < N; j++){
            (*P)[i][j] = 0;
            for(int k = 0; k < L; k++){
                (*P)[i][j] += w3[k] * Pp[k][i][j] + w3[k] * (xp[k][i] - x[i]) * (xp[k][j] - x[j]);
            }
            (*P)[i][j] /= L;
        }
    }

    // 更新模型权重
    for(i = 0; i < L; i++){
        w[0][i] = w1[i] * w2[i];
    }
}

int main()
{
    double z = 10; // 观测值
    double x[N], P[N][N], w[L], v[L][M];
    int i;

    // 初始化滤波器
    initFilter(x, &P, &w, &v, &F, &Q);

    // 进行IMM滤波
    for(i = 0; i < 100; i++){
        IMMFilter(z, x, &P, &w, &v, &F, &Q, &H, &R, &A);
    }

    // 打印结果
    printf("x = [%f, %f]\n", x[0], x[1]);
    printf("P = [[%f, %f], [%f, %f]]\n", P[0][0], P[0][1], P[1][0], P[1][1]);

    return 0;
}

在上面的代码中，我们使用了三个模型来处理GPS测量数据，并通过自适应地选择最优的模型来提高定位的准确度。同时，我们使用了IMM滤波算法来对测量数据进行处理，从而得到最终的位置估计值。需要注意的是，上面的代码只是一个简单的示例，实际应用中可能需要根据具体情况进行调整和优化。