基于EKF的激光雷达与IMU融合MATLAB仿真程序

时间: 2023-05-27 11:01:53 浏览: 48
以下是一个基于EKF的激光雷达与IMU融合MATLAB仿真程序的示例: %% 1. 初始化 clear all; close all; clc % 加载数据 load('laser_imu_data.mat') % 载入常量 DT = 0.01; G = 9.81; STATE_DIM = 23; OBS_DIM = 2; % 初始化状态向量 X = zeros(STATE_DIM, 1); X(1:3) = init_pos; X(4:6) = init_vel; X(16:18) = init_ba; X(19:21) = init_bg; % 初始化协方差矩阵 P = zeros(STATE_DIM); P(1:3, 1:3) = 1e-4*eye(3); P(4:6, 4:6) = 1e-2*eye(3); P(7:9, 7:9) = 1e-4*eye(3); P(10:12, 10:12) = 5e-6*eye(3); P(13:15, 13:15) = 5e-6*eye(3); P(16:18, 16:18) = 1e-6*eye(3); P(19:21, 19:21) = 1e-6*eye(3); P(22:23, 22:23) = 1e-6*eye(2); % 加载指南针初始方向 C0 = calc_Cinit(acc_init, mag_init) % 初始化IMU对应的四元数和姿态角 q0 = calc_qinit(acc_init, mag_init) % 初始化上一个时刻的时间 last_t = laser_data.time(1); % 初始化预测的激光雷达坐标 laser_x = zeros(1, length(laser_data.time)); % 初始化滤波后的状态向量 state = zeros(STATE_DIM, length(laser_data.time)); % 初始化卡尔曼增益 K = zeros(STATE_DIM, OBS_DIM); % 初始化观测噪声协方差矩阵 R = 1e-4*eye(OBS_DIM); %% 2. 循环 for i = 1:length(laser_data.time) % 获取当前时刻的激光雷达坐标和IMU数据 laser_z = laser_data.ranges(i); imu_acc = imu_data.acc(:,i); imu_gyro = imu_data.gyro(:,i); t = laser_data.time(i); % 计算时间间隔 dt = t - last_t; % 预测IMU的状态 [X, P] = predict_imu(X, P, imu_acc, imu_gyro, G, dt); % 更新四元数和姿态角 [q0, C0] = update_q0(X(7:10)); % 根据IMU的姿态计算激光雷达坐标 laser_x(i) = calc_laser_x(X(1:3), C0); % 更新状态向量和协方差矩阵 H = calc_H(X, C0); [X, P, K] = update_laser(X, P, K, H, R, laser_z, laser_x(i)); % 记录当前状态向量 state(:,i) = X; % 更新上一个时刻的时间 last_t = t; end %% 3. 绘图 figure % 绘制IMU测量的加速度和陀螺仪数据 subplot(3,2,1) plot(imu_data.time, imu_data.acc(1,:), 'r') hold on plot(imu_data.time, imu_data.acc(2,:), 'g') plot(imu_data.time, imu_data.acc(3,:), 'b') legend('x', 'y', 'z') title('IMU Accelerometer') xlabel('Time (s)') ylabel('Acceleration (m/s^2)') subplot(3,2,2) plot(imu_data.time, imu_data.gyro(1,:), 'r') hold on plot(imu_data.time, imu_data.gyro(2,:), 'g') plot(imu_data.time, imu_data.gyro(3,:), 'b') legend('x', 'y', 'z') title('IMU Gyroscope') xlabel('Time (s)') ylabel('Angular velocity (rad/s)') % 绘制滤波后的位置 subplot(3,2,3) plot(laser_data.time, state(1,:), 'r') hold on plot(laser_data.time, init_pos(1)+cumtrapz(imu_data.time, cumtrapz(imu_data.time, imu_data.acc(1,:))), 'g') title('Position (x)') legend('filtered', 'integrated acc') xlabel('Time (s)') ylabel('Position (m)') subplot(3,2,4) plot(laser_data.time, state(2,:), 'r') hold on plot(laser_data.time, init_pos(2)+cumtrapz(imu_data.time, cumtrapz(imu_data.time, imu_data.acc(2,:))), 'g') title('Position (y)') legend('filtered', 'integrated acc') xlabel('Time (s)') ylabel('Position (m)') subplot(3,2,5) plot(laser_data.time, state(3,:), 'r') hold on plot(laser_data.time, init_pos(3)+cumtrapz(imu_data.time, cumtrapz(imu_data.time, imu_data.acc(3,:))), 'g') title('Position (z)') legend('filtered', 'integrated acc') xlabel('Time (s)') ylabel('Position (m)') % 绘制滤波后的速度 subplot(3,2,6) plot(laser_data.time, state(4,:), 'r') hold on plot(laser_data.time, init_vel(1)+cumtrapz(imu_data.time, imu_data.acc(1,:)), 'g') plot(laser_data.time, state(5,:), 'b') plot(laser_data.time, init_vel(2)+cumtrapz(imu_data.time, imu_data.acc(2,:)), 'c') plot(laser_data.time, state(6,:), 'm') plot(laser_data.time, init_vel(3)+cumtrapz(imu_data.time, imu_data.acc(3,:)), 'y') title('Velocity') legend('filtered x', 'integrated acc x', 'filtered y', 'integrated acc y', 'filtered z', 'integrated acc z') xlabel('Time (s)') ylabel('Velocity (m/s)') % 绘制激光雷达坐标和预测的激光雷达坐标 figure plot(laser_data.time, laser_data.ranges, 'bo') hold on plot(laser_data.time, laser_x, 'r') title('Laser Ranging') xlabel('Time (s)') ylabel('Distance (m)')

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