root/bdm/estim/libKF.cpp @ 62

Revision 62, 6.5 kB (checked in by smidl, 16 years ago)

nova simulace s EKFfixed a novy EKF na plnych maticich

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
61
62
63 /////////////////////////////// EKFS
64EKFfull::EKFfull ( RV rvx0, RV rvy0, RV rvu0 ) : BM ( rvx0 ) {};
65
66void EKFfull::set_parameters ( diffbifn* pfxu0,  diffbifn* phxu0,const mat Q0,const mat R0 ) {
67        pfxu = pfxu0;
68        phxu = phxu0;
69
70        dimx = rv.count();
71        dimy = phxu0->_dimy();
72        dimu = phxu0->_dimu();
73
74        A.set_size(dimx,dimx);
75        C.set_size(dimy,dimx);
76        //initialize matrices A C, later, these will be only updated!
77        pfxu->dfdx_cond ( mu,zeros ( dimu ),A,true );
78        B.clear();
79        phxu->dfdx_cond ( mu,zeros ( dimu ),C,true );
80        D.clear();
81
82        R = R0;
83        Q = Q0;
84}
85
86void EKFfull::bayes ( const vec &dt ) {
87        it_assert_debug ( dt.length() == ( dimy+dimu ),"KalmanFull::bayes wrong size of dt" );
88
89        vec u = dt.get ( dimy,dimy+dimu-1 );
90        vec y = dt.get ( 0,dimy-1 );
91       
92        pfxu->dfdx_cond ( mu,zeros ( dimu ),A,true );
93        phxu->dfdx_cond ( mu,zeros ( dimu ),C,true );
94
95        //Time update
96        mu = pfxu->eval(mu,u);// A*mu + B*u;
97        P  = A*P*A.transpose() + Q;
98
99        //Data update
100        _Ry = C*P*C.transpose() + R;
101        _iRy = inv ( _Ry );
102        _K = P*C.transpose() *_iRy;
103        P -= _K*C*P; // P = P -KCP;
104        vec yp = phxu->eval(mu,u);
105        mu += _K* ( y-yp );
106
107        if ( BM::evalll ) {
108                //from enorm
109                vec x=y-yp;
110                BM::ll = -0.5* ( R.cols() * 1.83787706640935 +log ( det ( _Ry ) ) +x* ( _iRy*x ) );
111        }
112};
113
114
115
116void KalmanCh::set_parameters ( const mat &A0,const mat &B0,const mat &C0,const mat &D0,const chmat &R0,const chmat &Q0 ) {
117
118        ( ( Kalman<chmat>* ) this )->set_parameters ( A0,B0,C0,D0,R0,Q0 );
119        // Cholesky special!
120        preA.clear();
121        preA.set_submatrix ( 0,0,R._Ch() );
122        preA.set_submatrix ( dimy+dimx,dimy,Q._Ch() );
123}
124
125
126void KalmanCh::bayes ( const vec &dt ) {
127
128        vec u = dt.get ( dimy,dimy+dimu-1 );
129        vec y = dt.get ( 0,dimy-1 );
130
131        //TODO get rid of Q in qr()!
132//      mat Q;
133
134        //R and Q are already set in set_parameters()
135        preA.set_submatrix ( dimy,0, ( _P->_Ch() ) *C.T() );
136        //Fixme can be more efficient if .T() is not used
137        preA.set_submatrix ( dimy,dimy, ( _P->_Ch() ) *A.T() );
138
139//      if ( !qr ( preA,Q,postA ) ) it_warning ( "QR in kalman unstable!" );
140        if ( !qr ( preA,postA ) ) it_warning ( "QR in kalman unstable!" );
141
142        ( _Ry->_Ch() ) =postA ( 0,dimy-1, 0,dimy-1 );
143        _K = ( postA ( 0,dimy-1 ,dimy,dimy+dimx-1 ) ).T();
144        ( _P->_Ch() ) = postA ( dimy,dimy+dimx-1,dimy,dimy+dimx-1 );
145        _Ry->inv ( *_iRy );
146        fy._cached ( true );
147        *_mu = A* ( *_mu ) + B*u + ( _K ) * ( _iRy->_Ch() ).T() * ( y-C* ( *_mu )-D*u );
148
149        /*      cout << "P:" <<_P->to_mat() <<endl;
150                cout << "Ry:" <<_Ry->to_mat() <<endl;
151                cout << "iRy:" <<_iRy->to_mat() <<endl;*/
152        if ( evalll==true ) { //likelihood of observation y
153                ll=fy.evalpdflog ( y );
154        }
155}
156
157
158EKFCh::EKFCh ( RV rvx0, RV rvy0, RV rvu0 ) : KalmanCh ( rvx0,rvy0,rvu0 ) {}
159
160void EKFCh::set_parameters ( diffbifn* pfxu0,  diffbifn* phxu0,const chmat Q0,const chmat R0 ) {
161        pfxu = pfxu0;
162        phxu = phxu0;
163
164        //initialize matrices A C, later, these will be only updated!
165        pfxu->dfdx_cond ( *_mu,zeros ( dimu ),A,true );
166//      pfxu->dfdu_cond ( *_mu,zeros ( dimu ),B,true );
167        B.clear();
168        phxu->dfdx_cond ( *_mu,zeros ( dimu ),C,true );
169//      phxu->dfdu_cond ( *_mu,zeros ( dimu ),D,true );
170        D.clear();
171
172        R = R0;
173        Q = Q0;
174
175        // Cholesky special!
176        preA.clear();
177        preA.set_submatrix ( 0,0,R._Ch() );
178        preA.set_submatrix ( dimy+dimx,dimy,Q._Ch() );
179}
180
181
182void EKFCh::bayes ( const vec &dt ) {
183
184        vec u = dt.get ( dimy,dimy+dimu-1 );
185        vec y = dt.get ( 0,dimy-1 );
186
187        pfxu->dfdx_cond ( *_mu,u,A,false ); //update A by a derivative of fx
188        phxu->dfdx_cond ( *_mu,u,C,false ); //update A by a derivative of fx
189
190        //R and Q are already set in set_parameters()
191        preA.set_submatrix ( dimy,0, ( _P->_Ch() ) *C.T() );
192        //Fixme can be more efficient if .T() is not used
193        preA.set_submatrix ( dimy,dimy, ( _P->_Ch() ) *A.T() );
194
195//      mat Sttm = _P->to_mat();
196
197//      if ( !qr ( preA,Q,postA ) ) it_warning ( "QR in kalman unstable!" );
198        if ( !qr ( preA,postA ) ) it_warning ( "QR in kalman unstable!" );
199
200        ( _Ry->_Ch() ) =postA ( 0,dimy-1, 0,dimy-1 );
201        _K = inv(A)*( postA ( 0,dimy-1 ,dimy,dimy+dimx-1 ) ).T();
202        ( _P->_Ch() ) = postA ( dimy,dimy+dimx-1,dimy,dimy+dimx-1 );
203        _Ry->inv ( *_iRy );
204        fy._cached ( true );
205       
206//      mat iRY = inv(_Ry->to_mat());
207//      mat Stt = Sttm - Sttm * C.T() * iRY * C * Sttm;
208//      mat _K2 = Stt*C.T()*inv(R.to_mat());
209
210        // prediction
211        *_mu = pfxu->eval ( *_mu ,u );
212
213        *_yp = phxu->eval ( *_mu,u );
214       
215/*      vec mu2 = *_mu + ( _K2 ) * ( y-*_yp );*/
216       
217        //correction //= initial value is already prediction!
218        *_mu += ( _K ) * ( _iRy->_Ch() ).T() * ( y-*_yp );
219
220/*      _K = (_P->to_mat())*C.transpose() * ( _iRy->to_mat() );
221        *_mu = pfxu->eval ( *_mu ,u ) + ( _K )* ( y-*_yp );*/
222       
223        /*      cout << "P:" <<_P->to_mat() <<endl;
224                cout << "Ry:" <<_Ry->to_mat() <<endl;
225                cout << "iRy:" <<_iRy->to_mat() <<endl;*/
226
227        if ( evalll==true ) { //likelihood of observation y
228                ll=fy.evalpdflog ( y );
229        }
230}
231
232void KFcondQR::condition ( const vec &QR ) {
233        it_assert_debug ( QR.length() == ( rvc.count() ),"KFcondRQ: conditioning by incompatible vector" );
234
235        Q.setD ( QR ( 0, dimx-1 ) );
236        R.setD ( QR ( dimx, -1 ) );
237};
238
239void KFcondR::condition ( const vec &R0 ) {
240        it_assert_debug ( R0.length() == ( rvc.count() ),"KFcondR: conditioning by incompatible vector" );
241
242        R.setD ( R0 );
243};
244
Note: See TracBrowser for help on using the browser.