tune
Ajuste los parámetros insfilterNonholonomic
para reducir el error de estimación
Desde R2020b
Sintaxis
Descripción
ajusta las propiedades del objeto de filtro tunedMeasureNoise
= tune(filter
,measureNoise
,sensorData
,groundTruth
)insfilterNonholonomic
, filter
y los ruidos de medición para reducir la raíz cuadrática media (RMS) error de estimación de estado entre los datos del sensor fusionado y ground-truth. La función también devuelve el ruido de medición ajustado, tunedMeasureNoise
. La función utiliza los valores de propiedad en el filtro y el ruido de medición proporcionado en la estructura measureNoise
como estimación inicial para el algoritmo de optimización.
especifica la configuración de ajuste basada en un objeto tunedMeasureNoise
= tune(___,config
)tunerconfig
, config
.
Ejemplos
Ajuste insfilterNonholonomic
para optimizar la estimación de pose
Cargue los datos registrados del sensor y los datos ground-truth.
load('insfilterNonholonomicTuneData.mat');
Cree tablas para los datos del sensor y los datos de verdad.
sensorData = table(Accelerometer, Gyroscope, ...
GPSPosition, GPSVelocity);
groundTruth = table(Orientation, Position);
Cree un objeto de filtro insfilterNonholonimic
.
filter = insfilterNonholonomic('State', initialState, ... 'StateCovariance', initialStateCovariance, ... 'DecimationFactor', 1);
Cree un objeto de configuración de ajustador para el filtro. Establezca el número máximo de iteraciones en 30.
config = tunerconfig('insfilterNonholonomic','MaxIterations',30);
Utilice la función tunernoise
para obtener un conjunto de ruidos iniciales del sensor utilizados en el filtro.
measNoise = tunernoise('insfilterNonholonomic')
measNoise = struct with fields:
GPSPositionNoise: 1
GPSVelocityNoise: 1
Ajusteel filtro y obtenga el ruido de medición ajustado.
tunedNoise = tune(filter,measNoise,sensorData,groundTruth,config);
Iteration Parameter Metric _________ _________ ______ 1 GyroscopeNoise 3.4877 1 AccelerometerNoise 3.3961 1 GyroscopeBiasNoise 3.3961 1 GyroscopeBiasDecayFactor 3.3961 1 AccelerometerBiasNoise 3.3961 1 AccelerometerBiasDecayFactor 3.3961 1 ZeroVelocityConstraintNoise 3.3935 1 GPSPositionNoise 3.2848 1 GPSVelocityNoise 3.2798 2 GyroscopeNoise 3.2641 2 AccelerometerNoise 3.1715 2 GyroscopeBiasNoise 3.1715 2 GyroscopeBiasDecayFactor 2.9661 2 AccelerometerBiasNoise 2.9661 2 AccelerometerBiasDecayFactor 2.9661 2 ZeroVelocityConstraintNoise 2.9617 2 GPSPositionNoise 2.8438 2 GPSVelocityNoise 2.8384 3 GyroscopeNoise 2.8373 3 AccelerometerNoise 2.7382 3 GyroscopeBiasNoise 2.7382 3 GyroscopeBiasDecayFactor 2.7382 3 AccelerometerBiasNoise 2.7382 3 AccelerometerBiasDecayFactor 2.7382 3 ZeroVelocityConstraintNoise 2.7335 3 GPSPositionNoise 2.6105 3 GPSVelocityNoise 2.6045 4 GyroscopeNoise 2.6023 4 AccelerometerNoise 2.5001 4 GyroscopeBiasNoise 2.5001 4 GyroscopeBiasDecayFactor 2.5001 4 AccelerometerBiasNoise 2.5001 4 AccelerometerBiasDecayFactor 2.5001 4 ZeroVelocityConstraintNoise 2.4953 4 GPSPositionNoise 2.3692 4 GPSVelocityNoise 2.3626 5 GyroscopeNoise 2.3595 5 AccelerometerNoise 2.2561 5 GyroscopeBiasNoise 2.2561 5 GyroscopeBiasDecayFactor 2.2508 5 AccelerometerBiasNoise 2.2508 5 AccelerometerBiasDecayFactor 2.2508 5 ZeroVelocityConstraintNoise 2.2469 5 GPSPositionNoise 2.1265 5 GPSVelocityNoise 2.1191 6 GyroscopeNoise 2.1148 6 AccelerometerNoise 2.0150 6 GyroscopeBiasNoise 2.0150 6 GyroscopeBiasDecayFactor 2.0150 6 AccelerometerBiasNoise 2.0150 6 AccelerometerBiasDecayFactor 2.0150 6 ZeroVelocityConstraintNoise 2.0116 6 GPSPositionNoise 1.8970 6 GPSVelocityNoise 1.8888 7 GyroscopeNoise 1.8847 7 AccelerometerNoise 1.7921 7 GyroscopeBiasNoise 1.7921 7 GyroscopeBiasDecayFactor 1.7845 7 AccelerometerBiasNoise 1.7845 7 AccelerometerBiasDecayFactor 1.7845 7 ZeroVelocityConstraintNoise 1.7815 7 GPSPositionNoise 1.6794 7 GPSVelocityNoise 1.6708 8 GyroscopeNoise 1.6679 8 AccelerometerNoise 1.5886 8 GyroscopeBiasNoise 1.5886 8 GyroscopeBiasDecayFactor 1.5866 8 AccelerometerBiasNoise 1.5866 8 AccelerometerBiasDecayFactor 1.5866 8 ZeroVelocityConstraintNoise 1.5850 8 GPSPositionNoise 1.5057 8 GPSVelocityNoise 1.4965 9 GyroscopeNoise 1.4950 9 AccelerometerNoise 1.4364 9 GyroscopeBiasNoise 1.4364 9 GyroscopeBiasDecayFactor 1.4364 9 AccelerometerBiasNoise 1.4364 9 AccelerometerBiasDecayFactor 1.4364 9 ZeroVelocityConstraintNoise 1.4355 9 GPSPositionNoise 1.3894 9 GPSVelocityNoise 1.3790 10 GyroscopeNoise 1.3773 10 AccelerometerNoise 1.3422 10 GyroscopeBiasNoise 1.3422 10 GyroscopeBiasDecayFactor 1.3421 10 AccelerometerBiasNoise 1.3421 10 AccelerometerBiasDecayFactor 1.3421 10 ZeroVelocityConstraintNoise 1.3399 10 GPSPositionNoise 1.3319 10 GPSVelocityNoise 1.3190 11 GyroscopeNoise 1.3159 11 AccelerometerNoise 1.3102 11 GyroscopeBiasNoise 1.3102 11 GyroscopeBiasDecayFactor 1.3100 11 AccelerometerBiasNoise 1.3100 11 AccelerometerBiasDecayFactor 1.3100 11 ZeroVelocityConstraintNoise 1.3069 11 GPSPositionNoise 1.2964 11 GPSVelocityNoise 1.2762 12 GyroscopeNoise 1.2740 12 AccelerometerNoise 1.2655 12 GyroscopeBiasNoise 1.2655 12 GyroscopeBiasDecayFactor 1.2641 12 AccelerometerBiasNoise 1.2641 12 AccelerometerBiasDecayFactor 1.2641 12 ZeroVelocityConstraintNoise 1.2631 12 GPSPositionNoise 1.2511 12 GPSVelocityNoise 1.2198 13 GyroscopeNoise 1.2184 13 AccelerometerNoise 1.2058 13 GyroscopeBiasNoise 1.2058 13 GyroscopeBiasDecayFactor 1.2029 13 AccelerometerBiasNoise 1.2029 13 AccelerometerBiasDecayFactor 1.2029 13 ZeroVelocityConstraintNoise 1.2029 13 GPSPositionNoise 1.1874 13 GPSVelocityNoise 1.1408 14 GyroscopeNoise 1.1403 14 AccelerometerNoise 1.1236 14 GyroscopeBiasNoise 1.1236 14 GyroscopeBiasDecayFactor 1.1186 14 AccelerometerBiasNoise 1.1186 14 AccelerometerBiasDecayFactor 1.1186 14 ZeroVelocityConstraintNoise 1.1183 14 GPSPositionNoise 1.0975 14 GPSVelocityNoise 1.0348 15 GyroscopeNoise 1.0347 15 AccelerometerNoise 1.0155 15 GyroscopeBiasNoise 1.0155 15 GyroscopeBiasDecayFactor 1.0081 15 AccelerometerBiasNoise 1.0081 15 AccelerometerBiasDecayFactor 1.0081 15 ZeroVelocityConstraintNoise 1.0076 15 GPSPositionNoise 0.9813 15 GPSVelocityNoise 0.9078 16 GyroscopeNoise 0.9074 16 AccelerometerNoise 0.8926 16 GyroscopeBiasNoise 0.8926 16 GyroscopeBiasDecayFactor 0.8823 16 AccelerometerBiasNoise 0.8823 16 AccelerometerBiasDecayFactor 0.8823 16 ZeroVelocityConstraintNoise 0.8815 16 GPSPositionNoise 0.8526 16 GPSVelocityNoise 0.7926 17 GyroscopeNoise 0.7920 17 AccelerometerNoise 0.7870 17 GyroscopeBiasNoise 0.7870 17 GyroscopeBiasDecayFactor 0.7742 17 AccelerometerBiasNoise 0.7742 17 AccelerometerBiasDecayFactor 0.7742 17 ZeroVelocityConstraintNoise 0.7730 17 GPSPositionNoise 0.7665 17 GPSVelocityNoise 0.7665 18 GyroscopeNoise 0.7662 18 AccelerometerNoise 0.7638 18 GyroscopeBiasNoise 0.7638 18 GyroscopeBiasDecayFactor 0.7495 18 AccelerometerBiasNoise 0.7495 18 AccelerometerBiasDecayFactor 0.7495 18 ZeroVelocityConstraintNoise 0.7482 18 GPSPositionNoise 0.7482 18 GPSVelocityNoise 0.7475 19 GyroscopeNoise 0.7474 19 AccelerometerNoise 0.7474 19 GyroscopeBiasNoise 0.7474 19 GyroscopeBiasDecayFactor 0.7474 19 AccelerometerBiasNoise 0.7474 19 AccelerometerBiasDecayFactor 0.7474 19 ZeroVelocityConstraintNoise 0.7453 19 GPSPositionNoise 0.7416 19 GPSVelocityNoise 0.7382 20 GyroscopeNoise 0.7378 20 AccelerometerNoise 0.7370 20 GyroscopeBiasNoise 0.7370 20 GyroscopeBiasDecayFactor 0.7370 20 AccelerometerBiasNoise 0.7370 20 AccelerometerBiasDecayFactor 0.7370 20 ZeroVelocityConstraintNoise 0.7345 20 GPSPositionNoise 0.7345 20 GPSVelocityNoise 0.7345 21 GyroscopeNoise 0.7334 21 AccelerometerNoise 0.7334 21 GyroscopeBiasNoise 0.7334 21 GyroscopeBiasDecayFactor 0.7334 21 AccelerometerBiasNoise 0.7334 21 AccelerometerBiasDecayFactor 0.7334 21 ZeroVelocityConstraintNoise 0.7306 21 GPSPositionNoise 0.7279 21 GPSVelocityNoise 0.7268 22 GyroscopeNoise 0.7248 22 AccelerometerNoise 0.7247 22 GyroscopeBiasNoise 0.7247 22 GyroscopeBiasDecayFactor 0.7234 22 AccelerometerBiasNoise 0.7234 22 AccelerometerBiasDecayFactor 0.7234 22 ZeroVelocityConstraintNoise 0.7207 22 GPSPositionNoise 0.7206 22 GPSVelocityNoise 0.7170 23 GyroscopeNoise 0.7138 23 AccelerometerNoise 0.7134 23 GyroscopeBiasNoise 0.7134 23 GyroscopeBiasDecayFactor 0.7134 23 AccelerometerBiasNoise 0.7134 23 AccelerometerBiasDecayFactor 0.7134 23 ZeroVelocityConstraintNoise 0.7122 23 GPSPositionNoise 0.7122 23 GPSVelocityNoise 0.7122 24 GyroscopeNoise 0.7081 24 AccelerometerNoise 0.7080 24 GyroscopeBiasNoise 0.7080 24 GyroscopeBiasDecayFactor 0.7080 24 AccelerometerBiasNoise 0.7080 24 AccelerometerBiasDecayFactor 0.7080 24 ZeroVelocityConstraintNoise 0.7080 24 GPSPositionNoise 0.7080 24 GPSVelocityNoise 0.7072 25 GyroscopeNoise 0.7009 25 AccelerometerNoise 0.7009 25 GyroscopeBiasNoise 0.7009 25 GyroscopeBiasDecayFactor 0.7007 25 AccelerometerBiasNoise 0.7007 25 AccelerometerBiasDecayFactor 0.7007 25 ZeroVelocityConstraintNoise 0.7005 25 GPSPositionNoise 0.6997 25 GPSVelocityNoise 0.6997 26 GyroscopeNoise 0.6912 26 AccelerometerNoise 0.6906 26 GyroscopeBiasNoise 0.6906 26 GyroscopeBiasDecayFactor 0.6906 26 AccelerometerBiasNoise 0.6906 26 AccelerometerBiasDecayFactor 0.6906 26 ZeroVelocityConstraintNoise 0.6896 26 GPSPositionNoise 0.6896 26 GPSVelocityNoise 0.6896 27 GyroscopeNoise 0.6840 27 AccelerometerNoise 0.6831 27 GyroscopeBiasNoise 0.6831 27 GyroscopeBiasDecayFactor 0.6831 27 AccelerometerBiasNoise 0.6831 27 AccelerometerBiasDecayFactor 0.6831 27 ZeroVelocityConstraintNoise 0.6818 27 GPSPositionNoise 0.6816 27 GPSVelocityNoise 0.6816 28 GyroscopeNoise 0.6816 28 AccelerometerNoise 0.6809 28 GyroscopeBiasNoise 0.6809 28 GyroscopeBiasDecayFactor 0.6809 28 AccelerometerBiasNoise 0.6809 28 AccelerometerBiasDecayFactor 0.6809 28 ZeroVelocityConstraintNoise 0.6804 28 GPSPositionNoise 0.6802 28 GPSVelocityNoise 0.6802 29 GyroscopeNoise 0.6793 29 AccelerometerNoise 0.6785 29 GyroscopeBiasNoise 0.6785 29 GyroscopeBiasDecayFactor 0.6785 29 AccelerometerBiasNoise 0.6785 29 AccelerometerBiasDecayFactor 0.6785 29 ZeroVelocityConstraintNoise 0.6778 29 GPSPositionNoise 0.6773 29 GPSVelocityNoise 0.6773 30 GyroscopeNoise 0.6773 30 AccelerometerNoise 0.6769 30 GyroscopeBiasNoise 0.6769 30 GyroscopeBiasDecayFactor 0.6769 30 AccelerometerBiasNoise 0.6769 30 AccelerometerBiasDecayFactor 0.6769 30 ZeroVelocityConstraintNoise 0.6769 30 GPSPositionNoise 0.6769 30 GPSVelocityNoise 0.6769
Fusione los datos del sensor utilizando el filtro ajustado. Obtenga una pose y orientación estimadas.
N = size(sensorData,1); qEstTuned = quaternion.zeros(N,1); posEstTuned = zeros(N,3); for ii=1:N predict(filter,Accelerometer(ii,:),Gyroscope(ii,:)); if all(~isnan(GPSPosition(ii,1))) fusegps(filter, GPSPosition(ii,:), ... tunedNoise.GPSPositionNoise,GPSVelocity(ii,:), ... tunedNoise.GPSVelocityNoise); end [posEstTuned(ii,:),qEstTuned(ii,:)] = pose(filter); end
Calcule los errores RMS.
orientationErrorTuned = rad2deg(dist(qEstTuned,Orientation)); rmsOrientationErrorTuned = sqrt(mean(orientationErrorTuned.^2))
rmsOrientationErrorTuned = 1.6857
positionErrorTuned = sqrt(sum((posEstTuned-Position).^2,2)); rmsPositionErrorTuned = sqrt(mean(positionErrorTuned.^2))
rmsPositionErrorTuned = 1.6667
Visualiza los resultados.
figure; t = (0:N-1)./filter.IMUSampleRate; subplot(2,1,1) plot(t,positionErrorTuned,'b'); title("Tuned insfilterNonholonomic" + newline + ... "Euclidean Distance Position Error") xlabel('Time (s)'); ylabel('Position Error (meters)') subplot(2,1,2) plot(t,orientationErrorTuned,'b'); title("Orientation Error") xlabel('Time (s)'); ylabel('Orientation Error (degrees)');
Argumentos de entrada
filter
— Objeto de filtro
infilterAsync
objeto
Objeto de filtro, especificado como objeto insfilterNonholonomic
.
measureNoise
— Ruido de medición
estructura
Ruido de medición, especificado como estructura. La función utiliza la entrada de ruido de medición como estimación inicial para ajustar el ruido de medición. La estructura debe contener estos campos:
Nombre del campo | Descripción |
---|---|
GPSPositionNoise | Variación del ruido de la posición GPS, especificada como un escalar en m2 |
GPSVelocityNoise | Variación del ruido de la velocidad del GPS, especificada como un escalar en (m/s) 2 |
Tipos de datos: struct
sensorData
— Datos del sensor
table
Datos del sensor, especificados como table
. En cada fila, los datos del sensor se especifican como:
Accelerometer
— Datos del acelerómetro, especificados como un vector de escalares de 1 por 3 en m2/s.Gyroscope
: datos del giroscopio, especificados como un vector de escalares de 1 por 3 en rad/s.GPSPosition
: datos de posición GPS, especificados como un vector de 1 por 3 de latitud en grados, longitud en grados y altitud en metros.GPSVelocity
— Datos de velocidad GPS, especificados como un vector de escalares de 1 por 3 en m/s.
Si el sensor GPS no produce mediciones completas, especifique la entrada correspondiente para GPSPosition
y/o GPSVelocity
como NaN
. Si establece la propiedad Cost
de la entrada de configuración del ajustador, config
, en Custom
, entonces puede usar otros tipos de datos para sensorData
entrada según su elección.
Tipos de datos: table
groundTruth
— Datos ground-truth
table
Datos ground-truth, especificados como una tabla. En cada fila, la tabla puede contener opcionalmente cualquiera de estas variables:
Orientation
— Orientación desde el marco de navegación hasta el marco del cuerpo, especificada comoquaternion
o una matriz de rotación de 3 por 3.Position
— Posición en el marco de navegación, especificada como un vector de escalares de 1 por 3 en metros.Velocity
— Velocidad en el marco de navegación, especificada como un vector de escalares de 1 por 3 en m/s.GyroscopeBias
— Sesgo del ángulo delta del giroscopio en la estructura del cuerpo, especificado como un vector de escalares de 1 por 3 en rad/s.AccelerometerBias
— Sesgo del ángulo delta del acelerómetro en la estructura del cuerpo, especificado como un vector de escalares de 1 por 3 en m2/s.
La función procesa cada fila de las tablas sensorData
y groundTruth
secuencialmente para calcular la estimación del estado y el error RMS a partir de ground-truth. Las variables de estado que no están presentes en la entrada groundTruth
se ignoran para la comparación. Las tablas sensorData
y groundTruth
deben tener el mismo número de filas.
Si establece la propiedad Cost
de la entrada de configuración del ajustador, config
, en Custom
, entonces puede usar otros tipos de datos para groundTruth
entrada según su elección.
Tipos de datos: table
config
— Configuración del ajustador
tunerconfig
objeto
Configuración del ajustador, especificada como un objeto tunerconfig
.
Argumentos de salida
tunedMeasureNoise
— Ruido de medición ajustado
estructura
Ruido de medición ajustado, devuelto como una estructura. La estructura contiene estos campos.
Nombre del campo | Descripción |
---|---|
GPSPositionNoise | Variación del ruido de la posición GPS, especificada como un escalar en m2 |
GPSVelocityNoise | Variación del ruido de la velocidad del GPS, especificada como un escalar en (m/s) 2 |
Tipos de datos: struct
Referencias
[1] Abbeel, Pieter, et al. “Discriminative Training of Kalman Filters.” Robotics: Science and Systems I, Robotics: Science and Systems Foundation, 2005. DOI.org (Crossref), doi:10.15607/RSS.2005.I.038.
Historial de versiones
Introducido en R2020b
Consulte también
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