卡尔曼滤波 C语言实现

时间: 2023-10-11 22:11:56 浏览: 44
卡尔曼滤波是一种常见的估计方法,用于从有噪声的测量值中估计出真实值。它通常被用于机器人、导航和控制系统等领域。 以下是一个简单的 C 语言实现。假设我们要估计一个物体的位置和速度。我们可以定义状态向量 x,测量向量 z,以及状态转移矩阵 F 和测量矩阵 H。初始化协方差矩阵 P 和过程噪声 Q,以及测量噪声 R。 ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <math.h> #define NUM_STATES 2 // x, x' #define NUM_MEASUREMENTS 1 // x void kalman_filter(float z, float dt); // state vector float x[NUM_STATES] = {0.0, 0.0}; // x, x' // state transition matrix float F[NUM_STATES][NUM_STATES] = { {1.0, dt}, {0.0, 1.0} }; // measurement matrix float H[NUM_MEASUREMENTS][NUM_STATES] = { {1.0, 0.0} }; // covariance matrix float P[NUM_STATES][NUM_STATES] = { {1.0, 0.0}, {0.0, 1.0} }; // process noise covariance matrix float Q[NUM_STATES][NUM_STATES] = { {0.01, 0.0}, {0.0, 0.01} }; // measurement noise covariance matrix float R[NUM_MEASUREMENTS][NUM_MEASUREMENTS] = { {0.1} }; int main() { float z = 1.0; // measurement float dt = 0.1; // time step for (int i = 0; i < 10; i++) { kalman_filter(z, dt); } return 0; } void kalman_filter(float z, float dt) { // prediction step float x_pred[NUM_STATES] = {0.0}; float P_pred[NUM_STATES][NUM_STATES] = {0.0}; for (int i = 0; i < NUM_STATES; i++) { for (int j = 0; j < NUM_STATES; j++) { x_pred[i] += F[i][j] * x[j]; for (int k = 0; k < NUM_STATES; k++) { P_pred[i][j] += F[i][k] * P[k][j] * F[j][k]; } } } // update step float K[NUM_STATES][NUM_MEASUREMENTS] = {0.0}; float S[NUM_MEASUREMENTS][NUM_MEASUREMENTS] = {0.0}; for (int i = 0; i < NUM_MEASUREMENTS; i++) { for (int j = 0; j < NUM_STATES; j++) { S[i][i] += H[i][j] * P_pred[j][i] * H[i][j]; } S[i][i] += R[i][i]; } float S_inv[NUM_MEASUREMENTS][NUM_MEASUREMENTS] = {0.0}; float det_S = S[0][0]; if (NUM_MEASUREMENTS > 1) { det_S = S[0][0] * S[1][1] - S[0][1] * S[1][0]; S_inv[0][0] = S[1][1] / det_S; S_inv[0][1] = -S[0][1] / det_S; S_inv[1][0] = -S[1][0] / det_S; S_inv[1][1] = S[0][0] / det_S; } else { S_inv[0][0] = 1.0 / det_S; } for (int i = 0; i < NUM_STATES; i++) { for (int j = 0; j < NUM_MEASUREMENTS; j++) { for (int k = 0; k < NUM_STATES; k++) { K[i][j] += P_pred[i][k] * H[j][k]; } K[i][j] *= S_inv[j][j]; x[i] = x_pred[i] + K[i][j] * (z - H[j][0] * x_pred[0]); if (NUM_MEASUREMENTS > 1) { P[i][j] = (1.0 - K[i][j] * H[j][0]) * P_pred[i][j]; } else { P[i][j] = (1.0 - K[i][j] * H[j][0]) * P_pred[i][j] + Q[i][i]; } } } } ``` 在 main 函数中,我们初始化测量值 z 和时间步长 dt,并在 for 循环中调用 kalman_filter 函数进行卡尔曼滤波,共迭代 10 次。在 kalman_filter 函数中,我们首先进行预测步骤,计算出状态向量和协方差矩阵的预测值。接着进行更新步骤,计算出卡尔曼增益和测量噪声协方差矩阵,然后更新状态向量和协方差矩阵。 这只是一个简单的卡尔曼滤波实现,实际应用中可能需要更复杂的模型和参数调整。

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