UKF与AUKF(Sage Husa)的效果对比(MATLAB代码运行演示与结果分析,三维非线性状态量),附完整源代码,无需下载

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本文所述的代码实现了普通无迹卡尔曼滤波(UKF)与自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF,Sage Husa方法)在动态系统状态估计中的效果对比。通过对比两种滤波器的性能,评估其在处理带噪声观测数据时的准确性和稳定性。三维非线性状态

主要功能

  1. 滤波模型初始化

    • 定义时间序列和过程噪声、观测噪声的协方差矩阵。
    • 初始化状态估计和观测值。
  2. 运动模型

    • 通过一个非线性状态转移模型生成真实状态和观测数据。
    • 模拟动态系统的真实运动过程。
  3. 普通UKF实现

    • 计算Sigma点和权重。
    • 进行状态预测和更新,计算卡尔曼增益。
    • 更新状态估计和协方差矩阵。
  4. AUKF实现

    • 基于UKF的基础上,加入自适应调整观测噪声协方差的机制。
    • 自动更新观测噪声,以提高滤波精度。
  5. 结果可视化

    • 绘制真实状态、UKF和AUKF的估计值对比图。
    • 绘制滤波前后的误差对比图。
    • 生成误差的累计概率密度图,分析不同滤波器的性能。
    • 输出三轴误差的平均值,方便评估滤波效果。

代码结构

Sage 是一个开源的数学软件系统,广泛用于代数、数论、密码学、图神经网络等多个领域。用户可以通过浏览器访问其工作环境,也可以在本地安装运行。 ### ### 下载安装 Sage 可以从其官方网站下载安装包,并支持在 Linux、macOS 和 Windows 上运行。对于需要自定义依赖源的用户,可以通过修改配置文件来指定国内镜像源,以提高下载速度和安装效率。例如,在使用类似工具(如 sbt)时,可以通过在配置文件中添加国内镜像地址来优化依赖获取过程[^1]。 Sage 的安装命令如下: ```bash # 下载 Sage 安装包(以 Linux 为例) wget https://mirrors.ustc.edu.cn/sagemath/sage-x.x.x.tar.gz # 解压并进入安装目录 tar -xvf sage-x.x.x.tar.gz cd sage-x.x.x # 编译并启动 Sage make ./sage ``` ### ### 基本功能测试 Sage 支持基本的数学运算,例如整数乘法、矩阵求逆等。以下是一些简单的测试示例: ```python # 整数乘法 100 * 10 # 输出结果为 1000 # 矩阵求逆 matrix([[1,2], [3,4]])^(-1) # 输出结果为: # [ -2 1 ] # [3/2 -1/2] ``` 这些基本功能的测试表明 Sage 的数学计算能力正常。 ### ### 其他 Python 库的集成 Sage 支持 Python 模块集成,用户可以导入 NumPy、SciPy、Matplotlib 等库进行科学计算和可视化。此外,Sage 也可以通过 Jupyter Notebook 提供交互式编程环境,提升开发效率和用户体验[^2]。 ### ### Sage 在密码学中的应用 Sage 提供了强大的数学计算功能,尤其在密码学领域,可以用于实现和测试椭圆曲线加密算法(ECC)、RSA、有限域运算等。例如,Sage 可以直接生成椭圆曲线参数、计算离散对数问题、模拟密钥交换过程等。 以下是一个在 Sage 中生成椭圆曲线密钥对的示例: ```python # 使用有限域 GF(2^163) 上的椭圆曲线 F = GF(2^163) a = F.random_element() b = F.random_element() E = EllipticCurve(F, [a, b]) # 生成私钥 d = randint(1, E.order() - 1) # 生成公钥 P = d * E.random_point() print("Private Key:", d) print("Public Key:", P) ``` ### ### Sage 在图神经网络中的应用 在图神经网络(GNN)领域,Sage 被用于实现 GraphSAGE 算法,该算法通过聚合邻居节点的信息来生成节点嵌入。类似地,ernie-SAGE 在聚合之前先使用 ERNIE 模型对中心节点和邻居节点进行嵌入处理,再进行聚合操作,从而提升图结构数据的表示能力。 ###
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