root/bdm/estim/libKF.cpp @ 51

Revision 51, 5.0 kB (checked in by smidl, 16 years ago)

oprava EKF + debug vypisove fce

Line 
1#include <itpp/itbase.h>
2#include "libKF.h"
3
4using namespace itpp;
5
6using std::endl;
7
8KalmanFull::KalmanFull ( mat A0, mat B0, mat C0, mat D0, mat R0, mat Q0, mat P0, vec mu0 ) {
9        dimx = A0.rows();
10        dimu = B0.cols();
11        dimy = C0.rows();
12
13        it_assert_debug ( A0.cols() ==dimx, "KalmanFull: A is not square" );
14        it_assert_debug ( B0.rows() ==dimx, "KalmanFull: B is not compatible" );
15        it_assert_debug ( C0.cols() ==dimx, "KalmanFull: C is not square" );
16        it_assert_debug ( ( D0.rows() ==dimy ) || ( D0.cols() ==dimu ), "KalmanFull: D is not compatible" );
17        it_assert_debug ( ( R0.cols() ==dimy ) || ( R0.rows() ==dimy ), "KalmanFull: R is not compatible" );
18        it_assert_debug ( ( Q0.cols() ==dimx ) || ( Q0.rows() ==dimx ), "KalmanFull: Q is not compatible" );
19
20        A = A0;
21        B = B0;
22        C = C0;
23        D = D0;
24        R = R0;
25        Q = Q0;
26        mu = mu0;
27        P = P0;
28       
29        ll = 0.0;
30        evalll=true;
31}
32
33void KalmanFull::bayes ( const vec &dt ) {
34        it_assert_debug ( dt.length() == ( dimy+dimu ),"KalmanFull::bayes wrong size of dt" );
35
36        vec u = dt.get ( dimy,dimy+dimu-1 );
37        vec y = dt.get ( 0,dimy-1 );
38        //Time update
39        mu = A*mu + B*u;
40        P  = A*P*A.transpose() + Q;
41
42        //Data update
43        _Ry = C*P*C.transpose() + R;
44        _iRy = inv ( _Ry );
45        _K = P*C.transpose() *_iRy;
46        P -= _K*C*P; // P = P -KCP;
47        mu += _K* ( y-C*mu-D*u );
48
49        if ( evalll ) {
50                //from enorm
51                vec x=y-C*mu-D*u;
52                ll = -0.5* ( R.cols() * 1.83787706640935 +log ( det ( _Ry ) ) +x* ( _iRy*x ) );
53        }
54};
55
56std::ostream &operator<< ( std::ostream &os, const KalmanFull &kf ) {
57        os << "mu:" << kf.mu << endl << "P:" << kf.P <<endl;
58        return os;
59}
60
61void KalmanCh::set_parameters ( const mat &A0,const mat &B0,const mat &C0,const mat &D0,const chmat &R0,const chmat &Q0 ) {
62
63        ( ( Kalman<chmat>* ) this )->set_parameters ( A0,B0,C0,D0,R0,Q0 );
64        // Cholesky special!
65        preA.clear();
66        preA.set_submatrix ( 0,0,R._Ch() );
67        preA.set_submatrix ( dimy+dimx,dimy,Q._Ch() );
68}
69
70
71void KalmanCh::bayes ( const vec &dt ) {
72
73        vec u = dt.get ( dimy,dimy+dimu-1 );
74        vec y = dt.get ( 0,dimy-1 );
75
76        //TODO get rid of Q in qr()!
77//      mat Q;
78
79        //R and Q are already set in set_parameters()
80        preA.set_submatrix ( dimy,0, ( _P->_Ch() ) *C.T() );
81        //Fixme can be more efficient if .T() is not used
82        preA.set_submatrix ( dimy,dimy, ( _P->_Ch() ) *A.T() );
83
84//      if ( !qr ( preA,Q,postA ) ) it_warning ( "QR in kalman unstable!" );
85        if ( !qr ( preA,postA ) ) it_warning ( "QR in kalman unstable!" );
86
87        ( _Ry->_Ch() ) =postA ( 0,dimy-1, 0,dimy-1 );
88        _K = ( postA ( 0,dimy-1 ,dimy,dimy+dimx-1 ) ).T();
89        ( _P->_Ch() ) = postA ( dimy,dimy+dimx-1,dimy,dimy+dimx-1 );
90        _Ry->inv ( *_iRy );
91        fy._cached ( true );
92        *_mu = A* ( *_mu ) + B*u + ( _K ) * ( _iRy->_Ch() ).T() * ( y-C* ( *_mu )-D*u );
93
94        /*      cout << "P:" <<_P->to_mat() <<endl;
95                cout << "Ry:" <<_Ry->to_mat() <<endl;
96                cout << "iRy:" <<_iRy->to_mat() <<endl;*/
97        if ( evalll==true ) { //likelihood of observation y
98                ll=fy.evalpdflog ( y );
99        }
100}
101
102
103EKFCh::EKFCh ( RV rvx0, RV rvy0, RV rvu0 ) : KalmanCh ( rvx0,rvy0,rvu0 ) {}
104
105void EKFCh::set_parameters ( diffbifn* pfxu0,  diffbifn* phxu0,const chmat Q0,const chmat R0 ) {
106        pfxu = pfxu0;
107        phxu = phxu0;
108
109        //initialize matrices A C, later, these will be only updated!
110        pfxu->dfdx_cond ( *_mu,zeros ( dimu ),A,true );
111//      pfxu->dfdu_cond ( *_mu,zeros ( dimu ),B,true );
112        B.clear();
113        phxu->dfdx_cond ( *_mu,zeros ( dimu ),C,true );
114//      phxu->dfdu_cond ( *_mu,zeros ( dimu ),D,true );
115        D.clear();
116
117        R = R0;
118        Q = Q0;
119
120        // Cholesky special!
121        preA.clear();
122        preA.set_submatrix ( 0,0,R._Ch() );
123        preA.set_submatrix ( dimy+dimx,dimy,Q._Ch() );
124}
125
126
127void EKFCh::bayes ( const vec &dt ) {
128
129        vec u = dt.get ( dimy,dimy+dimu-1 );
130        vec y = dt.get ( 0,dimy-1 );
131
132        pfxu->dfdx_cond ( *_mu,u,A,false ); //update A by a derivative of fx
133        phxu->dfdx_cond ( *_mu,u,C,false ); //update A by a derivative of fx
134
135        //R and Q are already set in set_parameters()
136        preA.set_submatrix ( dimy,0, ( _P->_Ch() ) *C.T() );
137        //Fixme can be more efficient if .T() is not used
138        preA.set_submatrix ( dimy,dimy, ( _P->_Ch() ) *A.T() );
139
140//      if ( !qr ( preA,Q,postA ) ) it_warning ( "QR in kalman unstable!" );
141        if ( !qr ( preA,postA ) ) it_warning ( "QR in kalman unstable!" );
142
143        ( _Ry->_Ch() ) =postA ( 0,dimy-1, 0,dimy-1 );
144        _K = ( postA ( 0,dimy-1 ,dimy,dimy+dimx-1 ) ).T();
145        ( _P->_Ch() ) = postA ( dimy,dimy+dimx-1,dimy,dimy+dimx-1 );
146        _Ry->inv ( *_iRy );
147        fy._cached ( true );
148        *_yp = phxu->eval ( *_mu,u );
149       
150        *_mu = pfxu->eval ( *_mu ,u ) + ( _K ) * ( _iRy->_Ch() ).T() * ( y-*_yp );
151/*      _K = (_P->to_mat())*C.transpose() * ( _iRy->to_mat() );
152        *_mu = pfxu->eval ( *_mu ,u ) + ( _K )* ( y-*_yp );*/
153       
154        /*      cout << "P:" <<_P->to_mat() <<endl;
155                cout << "Ry:" <<_Ry->to_mat() <<endl;
156                cout << "iRy:" <<_iRy->to_mat() <<endl;*/
157
158        if ( evalll==true ) { //likelihood of observation y
159                ll=fy.evalpdflog ( y );
160        }
161}
162
163void KFcondQR::condition ( const vec &QR ) {
164        it_assert_debug ( QR.length() == ( rvc.count() ),"KFcondRQ: conditioning by incompatible vector" );
165
166        Q.setD ( QR ( 0, dimx-1 ) );
167        R.setD ( QR ( dimx, -1 ) );
168};
169
170void KFcondR::condition ( const vec &R0 ) {
171        it_assert_debug ( R0.length() == ( rvc.count() ),"KFcondR: conditioning by incompatible vector" );
172
173        R.setD ( R0 );
174};
Note: See TracBrowser for help on using the browser.