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Kalman 滤波仿真教程

本工程是 Kalman-and-Bayesian-Filters-in-Python 一书中代码的整合和再组织，并借鉴了 EKF/UKF Toolbox for MATLAB 中的部分内容。

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工程目标

• 提供一套通俗易懂的入门教程
• 构建一个对入门者友好的滤波仿真工具箱

要求

对于构建环境，有 3 个选项

• 安装 Anaconda
• 安装 Miniconda
• 安装 Miniforge

对于选项 2 和 3，你需要在安装后运行以下命令

# 使用镜像
conda config --add channels https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/anaconda/cloud/msys2/
conda config --add channels https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/anaconda/cloud/conda-forge/
conda config --add channels https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/anaconda/pkgs/free/
conda config --set show_channel_urls yes
# 安装包
conda install matplotlib pandas scipy sympy jupyterlab

然后，克隆本仓库

git clone https://github.com/ivaquero/blog-filters.git

最后，启动 jupyterlab 运行代码

cd [本仓库路径] && jupyter lab

工程示例

• filters-ghk.ipynb: α-β-γ 滤波
• filters-bayes.ipynb: Bayes 统计基础
• filters-kf-basic.ipynb: Kalman 滤波基础
• filters-kf-design.ipynb: Kalman 滤波设计
• filters-kf-plus.ipynb: 非线性 Kalman 滤波
• filters-maneuver.ipynb: 机动目标跟踪
• filters-pf.ipynb: 粒子滤波
• filters-smoothers.ipynb: 平滑器
• filters-task-fusion.ipynb: 数据融合
• filters-task-tracking.ipynb: 目标跟踪

工具箱结构

• filters：滤波相关模块
  • bayes：Bayes 统计
  • fusion：数据融合
  • ghk：α-β-γ 滤波
  • ghq：Gaussian-Hermite 数值积分
  • imm：交互多模型
  • kalman_ckf：CKF
  • kalman_ekf：EKF
  • kalman_enkf：EnKF
  • kalman_fm：衰减滤波
  • kalman_hinf：H∞ 滤波
  • kalman_ukf：UKF
  • kalman：线性 Kalman 滤波
  • lsq：最小二乘滤波
  • particle：粒子滤波
  • resamplers：采样器
  • sigma_points：Sigma 点
  • smoothers：平滑器
  • solvers：方程求解器（如 Runge-Kutta）
  • stats：统计指标
  • helpers：辅助工具
• models：模型模块
  • const_acc：匀加速模型
  • const_vel：匀速模型
  • coord_ture：协同转角模型
  • singer：Singer 模型
  • noise：模型噪声
  • ssmodel*：模型基类
• plots：绘图相关模块
  • plot_common：常用绘图（量测、轨迹、残差）
  • plot_bayes：Bayes 统计绘图
  • plot_nonlinear：非线性统计绘图
  • plot_gh：α-β-γ 滤波绘图
  • plot_kf：Kalman 滤波绘图
  • plot_kf_plus：非线性 Kalman 滤波绘图
  • plot_pf：粒子滤波绘图
  • plot_sigmas：Sigma 点绘图
  • plot_adaptive：自适应绘图
  • plot_fusion：数据融合绘图
  • plot_smoother：平滑器绘图
• simulators：仿真示例相关模块
  • datagen：常见数据生成
  • linear：线性运动模型
  • maneuver：机动模型
  • radar：地面雷达模型
  • robot：机器人模型
  • trajectory：抛体模型
• cfg：仿真实验配置接口
• clutter：杂波模块
• tracker：关联跟踪模块
  • associate：关联
  • pda：概率互联
  • estimators：状态估计
  • track*：跟踪
• symbol：符号推导模块
  • datagen：数据生成
  • models：运动模型