卡尔曼滤波算法demo

在这里插入图片描述

代码

learn_kalman.py

#coding=utf-8
import numpy as np
import time
from kinematic_model import freedrop
from controller import kalman_filterimport matplotlib.pyplot as plt
#   支持中文
import matplotlib as mpl
mpl.rcParams['font.family']='SimHei'
plt.rcParams['axes.unicode_minus']=False #用来正常显示负号class Scene:'''场景'''def __init__(self,windSpd=np.array([0.7,0.3,0.0]),\initialSpd=np.array([120.0,0.0,120.0])):'''我现在是一个防空兵防空炮打出一枚炮弹,真实的炮弹轨迹,它可能会受风的影响,可能会有随机因素导致偏离目标导致打不中飞机...我们可以使用指挥所观测到的炮弹轨迹,因为炮弹距离很远,所以这个观测不是很靠谱...所以我们所使用了卡尔曼滤波算法,得到了一条真实的炮弹轨迹...'''#   真实的炮弹self.realShell=freedrop.FreeDropBinder(windSpd=windSpd,initialSpd=initialSpd)#   理论上炮弹的落点self.theoShell=freedrop.FreeDropBinder(windSpd=np.array([0.0,0.0,0.0]),initialSpd=initialSpd,randRatio=0.0)#   卡卡尔曼滤波器self.kf=kalman_filter.KF_Onmi3D()self.kf.initState[3:6]=initialSpd#   绘图区self.fig=plt.figure('炮弹弹道图')self.ax = self.fig.gca(projection="3d")#   数据缓存self.realCoord=[]self.theoCoord=[]self.kalmanCoord=[]self.observeCoord=[]def UpdateData(self,delta_t=0.2):'''更新虚拟环境的数据:return:'''#   真实炮弹轨迹self.realShell.StateUpdate(delta_t=delta_t)#   理论炮弹轨迹self.theoShell.StateUpdate(delta_t=delta_t)#   观测到的炮弹轨迹self.observeCoord.append(self.realShell.position + np.random.random(3) * self.realShell.position[0]/20.0 - self.realShell.position[0]/40.0)#   卡尔曼滤波'''基于卡尔曼滤波,结合理论炮弹轨迹 对观测的炮弹轨迹进行修正'''self.kf.Predict(velocity=self.theoShell.spd)Hybrid_Position=self.kf.Update(self.observeCoord[-1])#   绘图(真实的弹道)plt.cla()self.ax.set_xlim(0, 1000)self.ax.set_ylim(-200, 200)self.ax.set_zlim(0, 300)self.ax.set_xlabel("X坐标(米)")self.ax.set_ylabel("Y坐标(米)")self.ax.set_zlabel("X坐标(米)")#   计算三个类型的炮弹self.realCoord.append(np.copy(self.realShell.position))     #   真实炮弹self.theoCoord.append(np.copy(self.theoShell.position))     #   理论模型self.kalmanCoord.append(np.copy(Hybrid_Position))self.curve2Draw=np.array(self.realCoord)self.curve2 = np.array(self.observeCoord)self.curve3 = np.array(self.theoCoord)self.curve4 = np.array(self.kalmanCoord)self.ax.plot(self.curve2Draw[:,0],self.curve2Draw[:,1],self.curve2Draw[:,2],label='真实炮弹',color='red')self.ax.scatter(self.curve2[:, 0], self.curve2[:, 1], self.curve2[:, 2],'rv+', label='炮弹观测数据', color='blue',alpha=0.5,s=1)self.ax.plot(self.curve3[:, 0], self.curve3[:, 1], self.curve3[:, 2], label='炮弹理论轨迹', color='green', alpha=0.5)self.ax.plot(self.curve4[:, 0], self.curve4[:, 1], self.curve4[:, 2], label='炮弹融合轨迹', color='yellow', alpha=1.0)self.ax.legend()plt.pause(0.05)#   开始模拟环境
#plt.ion()s=Scene()for i in range(1000):if s.realShell.position[2]<0: breaks.UpdateData()
plt.ioff()
plt.show()

freerop.py

#coding=utf-8
import timeimport numpy as np
'''3D自由落体模型(含有风阻)
'''class FreeDropBinder:'''为实体绑定自由落体属性'''def __init__(self,windSpd=np.array([0.0,0.0,0.0]),resRatio=0.0004,G=9.8,initialPos=np.array([0.0,0.0,0.0]),initialSpd=np.array([0.0,0.0,0.0]),randRatio=0.1):''':param windSpd:  风速(三维):param resRatio: 风阻比例(全向):param G: 重力加速度:param initialPos:  物体初始位置:param initialSpd:  物体初始速度'''self.position=initialPosself.spd=initialSpdself.windSpd=windSpdself.resRatio=resRatioself.G=Gself.randRatio=randRatiodef StateUpdate(self,delta_t=0.05,driveForce=np.array([0.0,0.0,0.0])):'''更新实体位置信息:param delta_t::return:'''#   重力因素self.spd+=np.array([0,0,-self.G*delta_t])#   风阻因素self.spd=np.where(self.spd>0,self.spd-self.resRatio*self.spd*self.spd,self.spd)self.spd = np.where(self.spd <= 0, self.spd + self.resRatio * self.spd * self.spd, self.spd)#   风力因素#   驱动因素self.spd+=(driveForce+self.windSpd)*delta_t#   随机因素self.spd+=(np.random.rand(3)-0.5)*2*self.randRatio*delta_t#   更新坐标self.position=self.position+self.spd*delta_tif __name__=='__main__':box=FreeDropBinder(initialSpd=np.array([10.0,0.0,100.0]))for i in range(30):print(box.Update())

kalman_filter.py

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as pltclass KF_Onmi3D:'''三维,无方向场景下的卡尔曼滤波算法模组'''def __init__(self):# 初始状态                 x  y  z vx vy vzself.initState=np.array([0, 0, 0, 0, 0, 0],dtype=np.float)# 初始协方差,可以看出是每个维度都是一一对应的关系'''[ 1 0 0 0 0 0 ][ 0 1 0 0 0 0 ][ 0 0 1 0 0 0 ][ 0 0 0 1 0 0 ][ 0 0 0 0 1 0 ][ 0 0 0 0 0 1 ]'''self.initCov=np.eye(6)#   状态转移矩阵self.stateTransMatrix=np.array([[1,0,0,1,0,0],[0,1,0,0,1,0],[0,0,1,0,0,1],[0,0,0,1,0,0],[0,0,0,0,1,0],[0,0,0,0,0,1]],dtype=np.float)#   观测矩阵                    X  Y  Z  Vx Vy Vzself.observeMatrix=np.array([[1, 0, 0, 0, 0, 0],[0, 1, 0, 0, 0, 0],[0, 0, 1, 0, 0, 0]],dtype=np.float)#   过程噪声(先设定一个初始值,这个需要跟据你系统的评估来确定)self.procNoise=np.eye(6)*0.001#   观测噪声的协方差矩阵self.observeNoiseCov=np.eye(3)*1self.InitParams()def InitParams(self):'''初始化状态变量:return:'''self.currentState=self.initState.copy()self.predictState=self.initState.copy()self.currentCov=self.initCovself.predictedCov=self.currentCovdef Predict(self,velocity=np.array([0,0,0],dtype=np.float)):'''预测过程:param v::return:'''#   基于当前的速度,预测机器人下一个状态的状态数值self.predictState=self.stateTransMatrix.dot(self.currentState)#   预测三维环境下的协方差矩阵self.predictedCov=self.stateTransMatrix.dot(self.currentCov).dot(self.stateTransMatrix.T)+self.procNoise#   把速度赋值给状态中的“速度”属性self.currentState[3:6] = velocitydef Update(self,observed_Pos=np.array([0,0,0],dtype=np.float)):'''更新数据:param observed_Pos: 带有误差的位置观测值:return:'''#   卡尔曼增益(Kalman Gain)计算'''K=\frac{估计的误差}{估计的误差+测量的误差}=\frac{\hat{P_k}C}{C\hat{P_k}C^T+Error}'''self.Kalman_Gain = self.predictedCov.dot(self.observeMatrix.T) \.dot(np.linalg.inv( \self.observeMatrix.dot(self.predictedCov).dot(self.observeMatrix.T) + self.observeNoiseCov))'''基于Kalman Gain估算当前状态'''self.currentState = self.predictState + self.Kalman_Gain.dot(observed_Pos-self.observeMatrix.dot(self.predictState))'''当前协方差估计'''self.currentCov = (np.eye(6) - self.Kalman_Gain.dot(self.observeMatrix)).dot(self.predictedCov)return self.currentState[0:3]

参考

https://www.bilibili.com/video/BV1gF411f78t/?spm_id_from=333.337.top_right_bar_window_history.content.click&vd_source=667c3d14dbb51ec849c0bc7c38329d10

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.rhkb.cn/news/82499.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系长河编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

rust-异步学习

rust获取future中的结果 两种主要的方法使用 async: async fn 和 async 块 async 体以及其他 future 类型是惰性的&#xff1a;除非它们运行起来&#xff0c;否则它们什么都不做。 运行 Future 最常见的方法是 .await 它。 当 .await 在 Future 上调用时&#xff0c;它会尝试把…

idea双击启动无效,idea卡顿问题

idea双击启动无效&#xff1a;大概率是关机时没有正确关闭idea&#xff0c;再次开机导致无法正常启动idea 1.通过任务管理器杀死idea进程后重启idea 2.需要修改配置 打开 &#xff08;以各自电脑实际为准&#xff09;C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2020.3.1\bin&am…

【报错】ModuleNotFoundError: No module named ‘websocket‘

1 报错 ModuleNotFoundError: No module named websocket 2 解决方法 pip install websocket 1 报错 AttributeError: module websocket has no attribute enableTrace 2 分析 一般是由于websocket的依赖包没有安装造成的。websocket.enableTrace()方法是在websocket-cli…

ffmpeg工具实用命令

说明&#xff1a;ffmpeg是一款非常好用的媒体操作工具&#xff0c;包含了许多对于视频、音频的操作&#xff0c;有些视频播放器&#xff0c;实际上就是套了一个ffmpeg的壳子。本文介绍ffmpeg的使用以及一些较为实用的命令。 安装 ffmpeg是命令行操作的&#xff0c;不需要安装…

自编码器的学习

先奉上视频 https://www.bilibili.com/video/BV1Vx411j78H/?spm_id_from333.788.recommend_more_video.-1&vd_sourceeb433c8780bdd700f49c6fc8e3bd0911

C++项目:在线五子棋对战网页版--session管理模块开发

session 在WEB开发中&#xff0c;HTTP协议是⼀种⽆状态短链接的协议&#xff0c;这就导致⼀个客⼾端连接到服务器上之后&#xff0c;服务器不知道当前的连接对应的是哪个用户&#xff0c;也不知道客⼾端是否登录成功&#xff0c;这时候为客⼾端提所有服务是不合理的。因此&am…

乐鑫首创|使用 ESP RainMaker® 私有云定制 Matter 生态

ESP RainMaker 是乐鑫的 AIoT 云平台&#xff0c;支持客户自主部署私有物联网云&#xff0c;从而全面掌握数据所有权和管理权&#xff0c;实现定制功能与服务。ESP RainMaker 云后端采用 AWS 无服务器架构&#xff0c;拥有开源的 iOS 和 Android 移动端 APP、第三方语音助手集成…

手搓 自然语言模型 LLM 拆分em结构设计 网络参数对比

数据 数据集 新的em编码参数表 voc_sizehidden_sizetotaltotal Bmax_lensecondsdays65536512374865920.03749B10242560.2655361024828375040.08284B20485120.5655362048<

Vue 中使用 WebWorker

目录 安装 loader 应用场景 打包时错误处理 安装 loader npm install worker-loader -D 如果直接把worker.js放到public目录下&#xff0c;则不需要安装loader vue.config.js const { defineConfig } require(vue/cli-service)module.exports defineConfig({transpileDe…

AcWing 24:机器人的运动范围 ← BFS、DFS

【题目来源】https://www.acwing.com/problem/content/description/22/【题目描述】 地上有一个 m 行和 n 列的方格&#xff0c;横纵坐标范围分别是 0∼m−1 和 0∼n−1。 一个机器人从坐标 (0,0) 的格子开始移动&#xff0c;每一次只能向左&#xff0c;右&#xff0c;上&#…

day10 快速排序 方法重载 和 方法递推

方法重载 斐波拉契数列问题 使用重载思想解决 public static int method(int n){if (n 2 ){return 1 ;}return (n-1)*2method(n-1);}public static int f(int n){if (n 1){return 1;}if (n 2){return 2;}return f(n-1)f(n-2);} 快速排序 思维很简单&#xff0c;类似二…

Python爬虫的Selenium(学习于b站尚硅谷)

目录 一、Selenium  1.为什么要学习Selenium  &#xff08;1&#xff09;什么是Selenium  &#xff08;2&#xff09;为什么使用selenium?  &#xff08;3&#xff09;代码演示 2. selenium的基本使用  &#xff08;1&#xff09;如何安装selenium  &#xff08;2…

MySQL5.7源码编译Debug版本

编译环境Ubuntu22.04LTS 1 官方下载MySQL源码 https://dev.mysql.com/downloads/mysql/?spma2c6h.12873639.article-detail.4.68e61a14ghILh5 2 安装基础软件 cmakeclangpkg-configperl 参考&#xff1a;https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/source-installation-prere…

c语言每日一练(4)

五道选择题 1、有以下代码&#xff0c;程序的输出结果是( ) #include <stdio.h> int main() {int a 0, b 0;for (a 1, b 1; a < 100; a){if (b > 20) break;//1if (b % 3 1)//2{b b 3;continue;}b b-5;//3}printf("%d\n", a);return 0; } A.1…

MySQL: Failed to Connect to MySQL at XXXX:3306 with user root

客户端连接MySQL服务器&#xff0c;报错&#xff1a; 解决方案&#xff1a; 没有让root用户远程登录&#xff0c;需要设置&#xff1b; 进入MySQL服务器&#xff0c;修改一下 # mysql -h localhost -uroot -P3306 -p12345678 mysql: [Warning] Using a password on the comm…

IoTDB 1.x 开启外部访问

对于部署的IoTDB数据库&#xff0c;如果需要局域网内其他设备进行访问的处理。 1、防火墙开放端口 无论windows还是liunx都需要你将6667默认的端口加入防火墙中&#xff0c;否则肯定是无法访问端口 2、修改配置文件 对conf/iotdb-datanode.properties文件中的 修改为本机的…

【ChatGPT 指令大全】怎么使用ChatGPT来帮我们写作

在数字化时代&#xff0c;人工智能为我们的生活带来了无数便利和创新。在写作领域&#xff0c;ChatGPT作为一种智能助手&#xff0c;为我们提供了强大的帮助。不论是作文、文章&#xff0c;还是日常函电&#xff0c;ChatGPT都能成为我们的得力助手&#xff0c;快速提供准确的文…

‘vue’不是内部或外部命令,也不是可运行的程序或批处理文件的原因及解决方法

今天我在用node.js的时候&#xff0c;结果出现如下错误&#xff1a; C:\Users\xiesj> vue -v vue不是内部或外部命令&#xff0c;也不是可运行的程序或批处理文件。 原因&#xff1a; 1、确定npm是否已正确安装&#xff1f; 2、确定vue以及vue-cli已正确安装&#xff1f;…

COCOS项目运行的时候图片模糊的原因

1、首先。用X坐标来分析&#xff0c;如果size*Anchor Position有小数&#xff0c;如上图57*0.5667695.5。这样就会导致x模糊。如果y同样计算结果包含小数&#xff0c;那么y也会模糊。xy同时模糊的情况是最模糊的。 2、如果当前node没有问题&#xff0c;那么就要检查上级node是…

@ControllerAdvice注解使用及原理探究 | 京东物流技术团队

最近在新项目的开发过程中&#xff0c;遇到了个问题&#xff0c;需要将一些异常的业务流程返回给前端&#xff0c;需要提供给前端不同的响应码&#xff0c;前端再在次基础上做提示语言的国际化适配。这些异常流程涉及业务层和控制层的各个地方&#xff0c;如果每个地方都写一些…