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二维情况下，四个小车各自有绝对定位（GNSS），相互之间部分有相对定位（UWB）时，一个滤波器搞定四个小车的状态滤波。使用EKF作为滤波方法
文章目录
- 建模
- 滤波
- 运行结果——演示
- 运行结果——绘图
建模
四辆小车组成编队，每辆车有 x x x、 y y y两个轴，所以状态量有4*2=8维，观测量为各自的 G N S S GNSS GNSS绝对定位+相对定位（1对2+2对1+2对3+3对3+4对3），所以观测量Z的维度为（4+5）*2=18维。
定义系统误差矩阵Q和观测误差协方差矩阵R为：
Q = 0.1*diag(ones(8,1)) %过程噪声协方差
R = 0.1*diag([ones(18,1)]) %观测噪声协方差
定义四个小车的初值为：（1,0）、（2,0）、（3,0）、（4,0），各自的状态方程设置简单一点，统一为：
X ˙ k + 1 = f ( X k ) + u ( k ) = X k + ( cos ( 0.1 k ) cos ( 0.1 k ) + 1 ) ) \dot{X}_{k+1}=f(X_{k})+u(k)=X_{k}+\left.\left(\begin{matrix}\cos(0.1k)\\\cos(0.1k)+1)\end{matrix}\right.\right) X˙k+1=f(Xk)+u(k)=Xk+(cos(0.1k)cos(0.1k)+1))
因此四个小车混在一起，可以得到状态量：
x k = [ ( x k 1 ) T , ( x k 2 ) T , … , ( x k 4 ) T ] T \mathbf{x}_{k}=\left[\left(\mathbf{x}_{k}^{1}\right)^{\mathrm{T}},\left(\mathbf{x}_{k}^{2}\right)^{\mathrm{T}},\ldots,\left(\mathbf{x}_{k}^{4}\right)^{\mathrm{T}}\right]^{\mathrm{T}} xk=[(xk1)T,(xk2)T,…,(xk4)T]T
X对应的状态变换矩阵为8维的主对角矩阵：
F = eye(8);
观测数据生成:
Q_abs = 0.2*diag([1,1]);w_abs=sqrt(Q_abs)*randn(size(Q_abs,1),length(t));Zflight.a = flight.a+w_abs; %生成飞机a的绝对观测量
Q_abs = 0.2*diag([1,1]);w_abs=sqrt(Q_abs)*randn(size(Q_abs,1),length(t));Zflight.b = flight.b+w_abs;
Q_abs = 0.2*diag([1,1]);w_abs=sqrt(Q_abs)*randn(size(Q_abs,1),length(t));Zflight.c = flight.c+w_abs;
Q_abs = 0.2*diag([1,1]);w_abs=sqrt(Q_abs)*randn(size(Q_abs,1),length(t));Zflight.d = flight.d+w_abs;
Q_coo = 0.1*diag([1,1]);w_coo=sqrt(Q_coo)*randn(size(Q_coo,1),length(t));Zflight.ab = flight.a-flight.b+w_coo; %生成a-b的相对观测量
Q_coo = 0.1*diag([1,1]);w_coo=sqrt(Q_coo)*randn(size(Q_coo,1),length(t));Zflight.ac = flight.a-flight.c+w_coo;
Q_coo = 0.1*diag([1,1]);w_coo=sqrt(Q_coo)*randn(size(Q_coo,1),length(t));Zflight.ad = flight.a-flight.d+w_coo;
Q_coo = 0.1*diag([1,1]);w_coo=sqrt(Q_coo)*randn(size(Q_coo,1),length(t));Zflight.ba = flight.b-flight.a+w_coo;
Q_coo = 0.1*diag([1,1]);w_coo=sqrt(Q_coo)*randn(size(Q_coo,1),length(t));Zflight.bc = flight.b-flight.c+w_coo;
Q_coo = 0.1*diag([1,1]);w_coo=sqrt(Q_coo)*randn(size(Q_coo,1),length(t));Zflight.bd = flight.b-flight.d+w_coo;
Q_coo = 0.1*diag([1,1]);w_coo=sqrt(Q_coo)*randn(size(Q_coo,1),length(t));Zflight.ca = flight.c-flight.a+w_coo;
Q_coo = 0.1*diag([1,1]);w_coo=sqrt(Q_coo)*randn(size(Q_coo,1),length(t));Zflight.cb = flight.c-flight.b+w_coo;
Q_coo = 0.1*diag([1,1]);w_coo=sqrt(Q_coo)*randn(size(Q_coo,1),length(t));Zflight.cd = flight.c-flight.d+w_coo;
Q_coo = 0.1*diag([1,1]);w_coo=sqrt(Q_coo)*randn(size(Q_coo,1),length(t));Zflight.da = flight.d-flight.a+w_coo;
Q_coo = 0.1*diag([1,1]);w_coo=sqrt(Q_coo)*randn(size(Q_coo,1),length(t));Zflight.db = flight.d-flight.b+w_coo;
Q_coo = 0.1*diag([1,1]);w_coo=sqrt(Q_coo)*randn(size(Q_coo,1),length(t));Zflight.dc = flight.d-flight.c+w_coo;
再定义观测方程：
Z_hat =[Xpre(1);Xpre(2);Xpre(3);Xpre(4);Xpre(5);Xpre(6);Xpre(7);Xpre(8);Xpre(1*2-1)-Xpre(2*2-1);Xpre(1*2)-Xpre(2*2); %ZabXpre(2*2-1)-Xpre(1*2-1);Xpre(2*2)-Xpre(1*2); %ZbaXpre(2*2-1)-Xpre(2*3-1);Xpre(2*2)-Xpre(2*3); %ZbcXpre(2*3-1)-Xpre(2*2-1);Xpre(2*3)-Xpre(2*2);%ZcbXpre(2*4-1)-Xpre(2*3-1);Xpre(2*4)-Xpre(2*3)%Zdc];
上述代码第一行代表四个小车的绝对观测量（每个小车2个维度，所以共8维）。
第二行表示第一个的坐标减去第二个的坐标（2→1的观测量），第三行至第六行以此类推。
由Z可以得到观测矩阵：
H = [1,0,0,0,0,0,0,0;0,1,0,0,0,0,0,0;0,0,1,0,0,0,0,0;0,0,0,1,0,0,0,0;0,0,0,0,1,0,0,0;0,0,0,0,0,1,0,0;0,0,0,0,0,0,1,0;0,0,0,0,0,0,0,1;1,0,-1,0,0,0,0,0;0,1,0,-1,0,0,0,0;-1,0,1,0,0,0,0,0;0,-1,0,1,0,0,0,0;0,0,1,0,-1,0,0,0;0,0,0,1,0,-1,0,0;0,0,-1,0,1,0,0,0;0,0,0,-1,0,1,0,0;0,0,0,0,-1,0,1,0;0,0,0,0,0,-1,0,1];
滤波
PP=F*P*F'+Q;
Kk=PP*H'/(H*PP*H'+R);
flight_ekf.fully(:,k)=Xpre+Kk*(flightZ.fully(:,k)-Z_hat);
P=PP-Kk*H*PP;
flightP_num.fully(k,:,:) = P;
运行结果——演示
CNconcentrate_Ver1竖屏视频
运行结果——绘图
a机的x轴与y轴位移：
a机的x轴与y轴误差曲线图：
a机x轴和y轴的累积误差概率曲线图：
b机x轴和y轴的累积误差概率曲线图：
c机x轴和y轴的累积误差概率曲线图：
d机x轴和y轴的累积误差概率曲线图：
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