不同采样率的卡尔曼滤波
创始人
2025-01-08 08:31:57
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在卡尔曼滤波中,采样率的不同会对滤波结果产生影响。下面是一个简单的示例代码,展示了如何处理不同采样率的卡尔曼滤波。

首先,我们需要导入必要的库:

import numpy as np
from scipy.linalg import inv

接下来,我们定义卡尔曼滤波的类:

class KalmanFilter:
    def __init__(self, dt, u, std_acc, std_meas):
        self.dt = dt
        self.u = u
        self.std_acc = std_acc
        self.std_meas = std_meas

        self.A = np.array([[1, self.dt],
                           [0, 1]])
        self.B = np.array([0.5 * self.dt ** 2, self.dt]).reshape(2, 1)
        self.H = np.array([[1, 0]])
        self.Q = np.array([[0.25 * self.dt ** 4, 0.5 * self.dt ** 3],
                           [0.5 * self.dt ** 3, self.dt ** 2]]) * self.std_acc ** 2
        self.R = std_meas ** 2

        self.x = np.array([[0, 0]]).T
        self.P = np.zeros((2, 2))

    def predict(self):
        self.x = np.dot(self.A, self.x) + np.dot(self.B, self.u)
        self.P = np.dot(np.dot(self.A, self.P), self.A.T) + self.Q

    def update(self, z):
        y = z - np.dot(self.H, self.x)
        S = np.dot(np.dot(self.H, self.P), self.H.T) + self.R
        K = np.dot(np.dot(self.P, self.H.T), inv(S))

        self.x = self.x + np.dot(K, y)
        self.P = self.P - np.dot(np.dot(K, self.H), self.P)

在上述代码中,我们定义了一个名为KalmanFilter的类,其中的__init__方法用于初始化卡尔曼滤波器的参数和状态变量。predict方法用于进行预测步骤,update方法用于进行更新步骤。

接下来,我们准备一些测试数据:

# 采样率为1的测试数据
dt_1 = 1
u_1 = 0.1
std_acc_1 = 0.1
std_meas_1 = 0.1

# 采样率为2的测试数据
dt_2 = 0.5
u_2 = 0.1
std_acc_2 = 0.1
std_meas_2 = 0.1

# 生成采样率为1的测试数据
t_1 = np.arange(0, 10, dt_1)
x_1 = np.sin(t_1) + np.random.randn(len(t_1)) * std_meas_1

# 生成采样率为2的测试数据
t_2 = np.arange(0, 10, dt_2)
x_2 = np.sin(t_2) + np.random.randn(len(t_2)) * std_meas_2

然后,我们可以使用卡尔曼滤波器对这些数据进行滤波:

# 使用采样率为1的卡尔曼滤波
kf_1 = KalmanFilter(dt_1, u_1, std_acc_1, std_meas_1)

filtered_x_1 = []
for z in x_1:
    kf_1.predict()
    kf_1.update(z)
    filtered_x_1.append(kf_1.x[0, 0])

# 使用采样率为2的卡尔曼滤波
kf_2 = KalmanFilter(dt_2, u_2, std_acc_2, std_meas_2)

filtered_x_2 = []
for z in x_2:
    kf_2.predict()
    kf_2.update(z)
    filtered_x_2.append(kf_2.x[0, 0])

最后,我们可以绘制滤波结果并进行比较:

import matplotlib.pyplot as plt

plt.figure()
plt.plot(t_1, x_1,

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