2024-09-01
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纯python
基于pykalman 库

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以下是一个简单的Python示例,演示了如何使用NumPy库实现一个一维卡尔曼滤波器。

python
import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt def kalman_filter(initial_state, initial_estimate_error, process_variance, measurement_variance, measurements): num_measurements = len(measurements) state_estimate = initial_state estimate_error = initial_estimate_error filtered_state_estimates = [] for i in range(num_measurements): # Prediction step predicted_state = state_estimate predicted_estimate_error = estimate_error + process_variance # Update step kalman_gain = predicted_estimate_error / (predicted_estimate_error + measurement_variance) state_estimate = predicted_state + kalman_gain * (measurements[i] - predicted_state) estimate_error = (1 - kalman_gain) * predicted_estimate_error filtered_state_estimates.append(state_estimate) return filtered_state_estimates # Generate some noisy measurements np.random.seed(0) true_values = np.linspace(0, 10, num=50) measurements = true_values + np.random.normal(0, 0.5, size=len(true_values)) # Kalman filter parameters initial_state = measurements[0] initial_estimate_error = 1 process_variance = 0.1 measurement_variance = 0.5 # Apply Kalman filter filtered_estimates = kalman_filter(initial_state, initial_estimate_error, process_variance, measurement_variance, measurements) # Plot the results plt.figure(figsize=(10, 6)) plt.plot(true_values, label='True Values', linestyle='dashed') plt.plot(measurements, label='Noisy Measurements', marker='o', markersize=5) plt.plot(filtered_estimates, label='Filtered Estimates', linestyle='dotted') plt.legend() plt.xlabel('Time Step') plt.ylabel('Value') plt.title('Kalman Filter Example') plt.show()

卡尔曼滤波参数的含义如下:

  1. initial_state: 初始状态估计值,通常设置为第一个测量值。在卡尔曼滤波开始时,您的系统的初始状态估计值。

  2. initial_estimate_error: 初始状态估计误差,表示初始状态估计值的不确定性。通常设置为一个较大的值,以表示初始状态的不确定性。

  3. process_variance: 过程方差,表示系统模型中状态转移的噪声或不确定性。较大的值表示系统模型中的不确定性较大。

  4. measurement_variance: 测量方差,表示传感器测量的噪声或不确定性。较大的值表示测量值的不确定性较大。

在卡尔曼滤波中,这些参数的调整会影响滤波器的性能。例如,如果您预计系统模型比传感器测量更可靠,则可以适当减小measurement_variance。如果初始状态估计值的不确定性较大,您可以增加initial_estimate_error。调整这些参数可能需要一些试验和经验。

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基于pykalman 库

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import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from pykalman import KalmanFilter # Generate some noisy measurements np.random.seed(0) true_values = np.linspace(0, 10, num=50) measurements = true_values + np.random.normal(0, 0.5, size=len(true_values)) # Create a Kalman Filter object kf = KalmanFilter(initial_state_mean=measurements[0], n_dim_obs=1) # Apply Kalman filter filtered_state_means, _ = kf.filter(measurements) # Plot the results plt.figure(figsize=(10, 6)) plt.plot(true_values, label='True Values', linestyle='dashed') plt.plot(measurements, label='Noisy Measurements', marker='o', markersize=5) plt.plot(filtered_state_means, label='Filtered Estimates', linestyle='dotted') plt.legend() plt.xlabel('Time Step') plt.ylabel('Value') plt.title('Kalman Filter Example using pykalman') plt.show()
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本文作者:Dong

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