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程序简介
代码主要用来演示一维非线性系统中的鲁棒状态估计问题。程序先构造了一个带平方根非线性的状态转移模型和观测模型,然后人为在第 11 步到第 29 步之间加入一段明显的异常测量,用来模拟传感器突发干扰、测量跳变或外界噪声污染的情况。在滤波部分,代码同时实现并对比了经典 EKF、MCC-EKF 和 MVC-EKF 三种方法:普通 EKF 按照常规扩展卡尔曼滤波流程进行预测和更新,而 MCC-EKF 和 MVC-EKF 会根据残差大小动态调整测量权重,把不太可信的异常观测"降权处理",从而减小异常值对估计结果的冲击。最后,程序会绘制真实状态、三种滤波估计曲线以及对应的误差曲线,并输出 RMSE、平均绝对误差、标准差、最大误差和平均误差等统计指标。整体来看,这个例程不是单纯跑一个滤波器,而是比较直观地展示了在存在异常测量时,鲁棒滤波方法相对于传统 EKF 的抗干扰优势。
运行结果
状态曲线对比:

误差对比:

命令行截图:

程序结构:

MATLAB源代码
部分代码如下:
matlab
% 一维非线性状态估计:经典 EKF、MCC-EKF、MVC-EKF 对比
% 程序功能:在含异常测量的场景下,对比三种滤波方法的估计曲线和误差统计。
% 修正说明:MCC/MVC 权重通过测量协方差膨胀进入滤波更新,避免直接逐元素乘卡尔曼增益造成维度和含义错误。
clear; clc; close all;
rng(0);
%% 参数设置
n = 1; % 状态维度
m = 1; % 测量维度
N = 100; % 仿真步数
min_state = 1e-6; % 平方根模型的正值保护
Q = 0.01 * eye(n); % 过程噪声协方差
R = 0.25 * eye(m); % 测量噪声协方差
process_chol = chol(Q, 'lower');
measurement_chol = chol(R, 'lower');
sigma_mcc = 2.5; % MCC 高斯核带宽
alpha_mvc = 2.5; % MVC 核函数尺度参数
min_weight = 1e-3; % 鲁棒权重下限,避免协方差无限放大
% 一维非线性状态方程和观测方程
f = @(x) sqrt(max(x, min_state)) + 1.0;
F = @(x) 0.5 ./ sqrt(max(x, min_state));
h = @(x) sqrt(max(x, min_state)) + 0.2 * x;
H = @(x) 0.5 ./ sqrt(max(x, min_state)) + 0.2;
method_names = {'EKF', 'MCC-EKF', 'MVC-EKF'};
method_count = numel(method_names);
x_true = zeros(n, N); % 真实状态
x_est = zeros(n, N, method_count); % 三种方法的估计状态
y_meas = zeros(m, N); % 测量序列
P = zeros(n, n, method_count); % 三种方法的协方差矩阵
x_true(:, 1) = 10;
for method = 1:method_count
x_est(:, 1, method) = x_true(:, 1) + 1.0;
P(:, :, method) = eye(n);
end
%% 生成真实状态和含异常值的测量数据
...
完整代码:
https://download.csdn.net/download/callmeup/93058684
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