MATLAB/Simulink多场景卡尔曼滤波建模与仿真工具箱

资 源 简 介

本项目基于MATLAB/Simulink平台开发了三个典型场景的卡尔曼滤波器模型：一维运动追踪、二维目标跟踪和带噪声传感器数据融合。系统支持参数实时调整和滤波效果可视化，为信号处理和状态估计提供完整的仿真解决方案。

详 情 说 明

基于Simulink的多场景卡尔曼滤波建模与仿真系统

项目介绍

本项目利用MathWorks Simulink平台，构建了三个典型场景下的卡尔曼滤波器模型，用于演示和验证卡尔曼滤波在不同维度和噪声条件下的状态估计性能。系统提供了一维运动追踪、二维目标跟踪以及多传感器数据融合三种仿真场景，每个模型均具备参数可调、实时可视化与分析功能，适用于算法教学、仿真研究和性能评估。

功能特性

• 多场景覆盖：包含一维线性运动、二维目标运动轨迹以及多传感器融合三个典型的卡尔曼滤波应用场景。
• 参数可配置：用户可灵活调整系统模型参数（如初始状态、噪声协方差）、过程噪声和观测噪声参数，观察不同参数对滤波效果的影响。
• 动态可视化：实时显示原始观测数据与卡尔曼滤波估计结果的对比，通过波形图或动画直观展示滤波效果。
• 性能量化分析：自动计算并显示均方根误差（RMSE）、估计误差协方差收敛过程等关键性能指标，便于定量评估滤波器性能。
• 模块化设计：各场景模型独立，结构清晰，易于理解、修改和扩展。

使用方法

1. 启动主控脚本: 运行主控脚本，该脚本负责初始化仿真环境、加载默认参数并启动图形用户界面。
2. 选择仿真场景: 在界面中选择需要运行的仿真场景（一维/二维/传感器融合）。
3. 配置参数（可选）: 根据需要，在打开的Simulink模型或配套参数设置脚本中修改运动模型、噪声统计特性等参数。
4. 运行仿真: 点击Simulink模型的“运行”按钮开始仿真。
5. 观察结果: 仿真过程中及结束后，查看Scope模块或Figure窗口生成的波形图、轨迹动画以及性能指标结果。

系统要求

• 操作系统: Windows 10/11, macOS, 或 Linux
• 软件环境: MATLAB R2020b 或更高版本
• 必要工具箱: Simulink, DSP System Toolbox（或Signal Processing Toolbox）

文件说明

主控脚本作为整个项目的统一入口和管理中心，主要实现了以下核心功能：清理并初始化MATLAB工作环境与图形窗口；为不同仿真场景设置统一的默认系统参数、噪声参数以及初始状态条件；提供一个简单的命令行交互界面，允许用户选择待仿真的具体场景；根据用户选择，自动打开对应的Simulink模型文件，并完成必要的参数预加载工作，从而简化用户操作流程。