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path: root/src/modules/ekf_att_pos_estimator/estimator.cpp
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authorLorenz Meier <lm@inf.ethz.ch>2014-04-21 01:18:13 +0200
committerLorenz Meier <lm@inf.ethz.ch>2014-04-21 01:18:13 +0200
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treee60a96f4c4f7818592ba81a34532d4327e7fa775 /src/modules/ekf_att_pos_estimator/estimator.cpp
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Updated estimator, not using optical flow for now until proven on the bench
Diffstat (limited to 'src/modules/ekf_att_pos_estimator/estimator.cpp')
-rw-r--r--src/modules/ekf_att_pos_estimator/estimator.cpp334
1 files changed, 21 insertions, 313 deletions
diff --git a/src/modules/ekf_att_pos_estimator/estimator.cpp b/src/modules/ekf_att_pos_estimator/estimator.cpp
index 94fb31457..2a7dab890 100644
--- a/src/modules/ekf_att_pos_estimator/estimator.cpp
+++ b/src/modules/ekf_att_pos_estimator/estimator.cpp
@@ -7,13 +7,11 @@ float Vector3f::length(void) const
return sqrt(x*x + y*y + z*z);
}
-Vector3f Vector3f::zero(void) const
+void Vector3f::zero(void)
{
- Vector3f ret = *this;
- ret.x = 0.0;
- ret.y = 0.0;
- ret.z = 0.0;
- return ret;
+ x = 0.0f;
+ y = 0.0f;
+ z = 0.0f;
}
Mat3f::Mat3f() {
@@ -69,25 +67,6 @@ Vector3f operator*( Mat3f matIn, Vector3f vecIn)
return vecOut;
}
-// overload * operator to provide a matrix product
-Mat3f operator*( Mat3f matIn1, Mat3f matIn2)
-{
- Mat3f matOut;
- matOut.x.x = matIn1.x.x*matIn2.x.x + matIn1.x.y*matIn2.y.x + matIn1.x.z*matIn2.z.x;
- matOut.x.y = matIn1.x.x*matIn2.x.y + matIn1.x.y*matIn2.y.y + matIn1.x.z*matIn2.z.y;
- matOut.x.z = matIn1.x.x*matIn2.x.z + matIn1.x.y*matIn2.y.z + matIn1.x.z*matIn2.z.z;
-
- matOut.y.x = matIn1.y.x*matIn2.x.x + matIn1.y.y*matIn2.y.x + matIn1.y.z*matIn2.z.x;
- matOut.y.y = matIn1.y.x*matIn2.x.y + matIn1.y.y*matIn2.y.y + matIn1.y.z*matIn2.z.y;
- matOut.y.z = matIn1.y.x*matIn2.x.z + matIn1.y.y*matIn2.y.z + matIn1.y.z*matIn2.z.z;
-
- matOut.z.x = matIn1.z.x*matIn2.x.x + matIn1.z.y*matIn2.y.x + matIn1.z.z*matIn2.z.x;
- matOut.z.y = matIn1.z.x*matIn2.x.y + matIn1.z.y*matIn2.y.y + matIn1.z.z*matIn2.z.y;
- matOut.z.z = matIn1.z.x*matIn2.x.z + matIn1.z.y*matIn2.y.z + matIn1.z.z*matIn2.z.z;
-
- return matOut;
-}
-
// overload % operator to provide a vector cross product
Vector3f operator%( Vector3f vecIn1, Vector3f vecIn2)
{
@@ -1685,6 +1664,19 @@ void AttPosEKF::FuseAirspeed()
ConstrainVariances();
}
+void AttPosEKF::zeroRows(float (&covMat)[n_states][n_states], uint8_t first, uint8_t last)
+{
+ uint8_t row;
+ uint8_t col;
+ for (row=first; row<=last; row++)
+ {
+ for (col=0; col<n_states; col++)
+ {
+ covMat[row][col] = 0.0;
+ }
+ }
+}
+
void AttPosEKF::FuseRangeFinder()
{
@@ -1747,294 +1739,6 @@ void AttPosEKF::FuseRangeFinder()
}
-void AttPosEKF::FuseOpticalFlow()
-{
- static uint8_t obsIndex;
- static float losPred[2];
- static float SH_LOS[13];
- static float SK_LOS[17];
- static float q0 = 0.0f;
- static float q1 = 0.0f;
- static float q2 = 0.0f;
- static float q3 = 1.0f;
- static float vn = 0.0f;
- static float ve = 0.0f;
- static float vd = 0.0f;
- static float pd = 0.0f;
- static float ptd = 0.0f;
- static float R_LOS = 0.01f;
- // Transformation matrix from body to navigation axes
- Mat3f DCM;
- // Transformation matrix from sensor to body axes
- // assume camera is aligned with Z body axis plus a misalignment
- // defined by 3 small angles about X, Y and Z body axis
- Mat3f Tsb;
- Tsb.x.y = -a3;
- Tsb.y.x = a3;
- Tsb.x.z = a2;
- Tsb.z.x = -a2;
- Tsb.y.z = -a1;
- Tsb.z.y = a1;
- // Transformation matrix from navigation to sensor axes
- Mat3f Tns;
- float H_LOS[n_states];
- for (uint8_t i = 0; i < n_states; i++) {
- H_LOS[i] = 0.0f;
- }
- Vector3f velNED;
- Vector3f relVelSensor;
-
-// Perform sequential fusion of optical flow measurements only when in the air and tilt is less than 30 deg.
- if (useOpticalFlow && (fuseOptData || obsIndex == 1) && !onGround && Tbn.z.z > 0.866f)
- {
- // Sequential fusion of XY components to spread processing load across
- // three prediction time steps.
-
- // Calculate observation jacobians and Kalman gains
- if (fuseOptData)
- {
- // Copy required states to local variable names
- q0 = statesAtLosMeasTime[0];
- q1 = statesAtLosMeasTime[1];
- q2 = statesAtLosMeasTime[2];
- q3 = statesAtLosMeasTime[3];
- vn = statesAtLosMeasTime[4];
- ve = statesAtLosMeasTime[5];
- vd = statesAtLosMeasTime[6];
- pd = statesAtLosMeasTime[9];
- ptd = statesAtLosMeasTime[2];
- velNED.x = vn;
- velNED.y = ve;
- velNED.z = vd;
-
- // rotate predicted earth components into body axes and calculate
- // predicted measurments
- float q01 = q0 * q1;
- float q02 = q0 * q2;
- float q03 = q0 * q3;
- float q12 = q1 * q2;
- float q13 = q1 * q3;
- float q23 = q2 * q3;
- DCM.x.x = q0 + q1 - q2 - q3;
- DCM.y.y = q0 - q1 + q2 - q3;
- DCM.z.z = q0 - q1 - q2 + q3;
- DCM.x.y = 2*(q12 - q03);
- DCM.x.z = 2*(q13 + q02);
- DCM.y.x = 2*(q12 + q03);
- DCM.y.z = 2*(q23 - q01);
- DCM.z.x = 2*(q13 - q02);
- DCM.z.y = 2*(q23 + q01);
- // calculate transformation from NED to sensor axes
- Tns = DCM*Tsb;
- Tns = Tns.transpose();
- // calculate range from ground plain to centre of sensor fov assuming flat earth
- float range = ((ptd - pd)/Tns.z.z);
- // calculate relative velocity in sensor frame
- relVelSensor = Tns*velNED;
- // divide by range to get predicted angular LOS rates relative to X and Y axes
- losPred[0] = relVelSensor.y/range;
- losPred[1] = -relVelSensor.x/range;
-
- // scale optical flow observation error with total angular rate
- R_LOS = 0.01f;// + sq(0.05f*dAngIMU.length()/dtIMU);
-
- // Calculate observation jacobians
- SH_LOS[0] = a1*(2*q0*q1 + 2*q2*q3) + a2*(2*q0*q2 - 2*q1*q3) - sq(q0) + sq(q1) + sq(q2) - sq(q3);
- SH_LOS[1] = vd*(a2*(sq(q0) - sq(q1) - sq(q2) + sq(q3)) + 2*q0*q2 - 2*q1*q3 - a3*(2*q0*q1 + 2*q2*q3)) - ve*(a3*(sq(q0) - sq(q1) + sq(q2) - sq(q3)) + 2*q0*q3 + 2*q1*q2 + a2*(2*q0*q1 - 2*q2*q3)) + vn*(a2*(2*q0*q2 + 2*q1*q3) + a3*(2*q0*q3 - 2*q1*q2) - sq(q0) - sq(q1) + sq(q2) + sq(q3));
- SH_LOS[2] = ve*(a1*(2*q0*q1 - 2*q2*q3) + a3*(2*q0*q3 + 2*q1*q2) - sq(q0) + sq(q1) - sq(q2) + sq(q3)) - vd*(a1*(sq(q0) - sq(q1) - sq(q2) + sq(q3)) + 2*q0*q1 + 2*q2*q3 + a3*(2*q0*q2 - 2*q1*q3)) + vn*(a3*(sq(q0) + sq(q1) - sq(q2) - sq(q3)) + 2*q0*q3 - 2*q1*q2 - a1*(2*q0*q2 + 2*q1*q3));
- SH_LOS[3] = 1/(pd - ptd);
- SH_LOS[4] = 2*q1 - 2*a2*q3 + 2*a3*q2;
- SH_LOS[5] = 2*a2*q2 - 2*q0 + 2*a3*q3;
- SH_LOS[6] = 2*q2 + 2*a2*q0 - 2*a3*q1;
- SH_LOS[7] = 1/sq(pd - ptd);
- SH_LOS[8] = 2*q2 + 2*a1*q3 - 2*a3*q1;
- SH_LOS[9] = 2*q3 - 2*a1*q2 + 2*a3*q0;
- SH_LOS[10] = 2*a1*q1 - 2*q0 + 2*a3*q3;
- SH_LOS[11] = 2*q3 + 2*a2*q1 + 2*a3*q0;
- SH_LOS[12] = 2*q1 + 2*a1*q0 + 2*a3*q2;
-
- for (uint8_t i = 0; i < n_states; i++) H_LOS[i] = 0;
- H_LOS[0] = - SH_LOS[2]*SH_LOS[3]*(2*a1*q1 - 2*q0 + 2*a2*q2) - SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(ve*SH_LOS[10] - vd*SH_LOS[12] + vn*SH_LOS[9]);
- H_LOS[1] = - SH_LOS[2]*SH_LOS[3]*(2*q1 + 2*a1*q0 - 2*a2*q3) - SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(vd*SH_LOS[10] + ve*SH_LOS[12] - vn*SH_LOS[8]);
- H_LOS[2] = SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(vd*SH_LOS[9] + ve*SH_LOS[8] + vn*SH_LOS[12]) - SH_LOS[2]*SH_LOS[3]*(2*q2 + 2*a2*q0 + 2*a1*q3);
- H_LOS[3] = SH_LOS[2]*SH_LOS[3]*(2*q3 - 2*a1*q2 + 2*a2*q1) + SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(vd*SH_LOS[8] - ve*SH_LOS[9] + vn*SH_LOS[10]);
- H_LOS[4] = -SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(a3*(sq(q0) + sq(q1) - sq(q2) - sq(q3)) + 2*q0*q3 - 2*q1*q2 - a1*(2*q0*q2 + 2*q1*q3));
- H_LOS[5] = -SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(a1*(2*q0*q1 - 2*q2*q3) + a3*(2*q0*q3 + 2*q1*q2) - sq(q0) + sq(q1) - sq(q2) + sq(q3));
- H_LOS[6] = SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(a1*(sq(q0) - sq(q1) - sq(q2) + sq(q3)) + 2*q0*q1 + 2*q2*q3 + a3*(2*q0*q2 - 2*q1*q3));
- H_LOS[9] = SH_LOS[0]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7];
- H_LOS[22] = -SH_LOS[0]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7];
-
- // Calculate Kalman gain
- SK_LOS[0] = 1/(R_LOS + (SH_LOS[2]*SH_LOS[3]*(2*a1*q1 - 2*q0 + 2*a2*q2) + SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(ve*SH_LOS[10] - vd*SH_LOS[12] + vn*SH_LOS[9]))*(P[0][0]*(SH_LOS[2]*SH_LOS[3]*(2*a1*q1 - 2*q0 + 2*a2*q2) + SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(ve*SH_LOS[10] - vd*SH_LOS[12] + vn*SH_LOS[9])) + P[1][0]*(SH_LOS[2]*SH_LOS[3]*(2*q1 + 2*a1*q0 - 2*a2*q3) + SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(vd*SH_LOS[10] + ve*SH_LOS[12] - vn*SH_LOS[8])) + P[2][0]*(SH_LOS[2]*SH_LOS[3]*(2*q2 + 2*a2*q0 + 2*a1*q3) - SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(vd*SH_LOS[9] + ve*SH_LOS[8] + vn*SH_LOS[12])) - P[3][0]*(SH_LOS[2]*SH_LOS[3]*(2*q3 - 2*a1*q2 + 2*a2*q1) + SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(vd*SH_LOS[8] - ve*SH_LOS[9] + vn*SH_LOS[10])) - P[9][0]*SH_LOS[0]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7] + P[22][0]*SH_LOS[0]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7] + P[4][0]*SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(a3*(sq(q0) + sq(q1) - sq(q2) - sq(q3)) + 2*q0*q3 - 2*q1*q2 - a1*(2*q0*q2 + 2*q1*q3)) + P[5][0]*SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(a1*(2*q0*q1 - 2*q2*q3) + a3*(2*q0*q3 + 2*q1*q2) - sq(q0) + sq(q1) - sq(q2) + sq(q3)) - P[6][0]*SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(a1*(sq(q0) - sq(q1) - sq(q2) + sq(q3)) + 2*q0*q1 + 2*q2*q3 + a3*(2*q0*q2 - 2*q1*q3))) + (SH_LOS[2]*SH_LOS[3]*(2*q1 + 2*a1*q0 - 2*a2*q3) + SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(vd*SH_LOS[10] + ve*SH_LOS[12] - vn*SH_LOS[8]))*(P[0][1]*(SH_LOS[2]*SH_LOS[3]*(2*a1*q1 - 2*q0 + 2*a2*q2) + SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(ve*SH_LOS[10] - vd*SH_LOS[12] + vn*SH_LOS[9])) + P[1][1]*(SH_LOS[2]*SH_LOS[3]*(2*q1 + 2*a1*q0 - 2*a2*q3) + SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(vd*SH_LOS[10] + ve*SH_LOS[12] - vn*SH_LOS[8])) + P[2][1]*(SH_LOS[2]*SH_LOS[3]*(2*q2 + 2*a2*q0 + 2*a1*q3) - SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(vd*SH_LOS[9] + ve*SH_LOS[8] + vn*SH_LOS[12])) - P[3][1]*(SH_LOS[2]*SH_LOS[3]*(2*q3 - 2*a1*q2 + 2*a2*q1) + SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(vd*SH_LOS[8] - ve*SH_LOS[9] + vn*SH_LOS[10])) - P[9][1]*SH_LOS[0]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7] + P[22][1]*SH_LOS[0]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7] + P[4][1]*SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(a3*(sq(q0) + sq(q1) - sq(q2) - sq(q3)) + 2*q0*q3 - 2*q1*q2 - a1*(2*q0*q2 + 2*q1*q3)) + P[5][1]*SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(a1*(2*q0*q1 - 2*q2*q3) + a3*(2*q0*q3 + 2*q1*q2) - sq(q0) + sq(q1) - sq(q2) + sq(q3)) - P[6][1]*SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(a1*(sq(q0) - sq(q1) - sq(q2) + sq(q3)) + 2*q0*q1 + 2*q2*q3 + a3*(2*q0*q2 - 2*q1*q3))) + (SH_LOS[2]*SH_LOS[3]*(2*q2 + 2*a2*q0 + 2*a1*q3) - SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(vd*SH_LOS[9] + ve*SH_LOS[8] + vn*SH_LOS[12]))*(P[0][2]*(SH_LOS[2]*SH_LOS[3]*(2*a1*q1 - 2*q0 + 2*a2*q2) + SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(ve*SH_LOS[10] - vd*SH_LOS[12] + vn*SH_LOS[9])) + P[1][2]*(SH_LOS[2]*SH_LOS[3]*(2*q1 + 2*a1*q0 - 2*a2*q3) + SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(vd*SH_LOS[10] + ve*SH_LOS[12] - vn*SH_LOS[8])) + P[2][2]*(SH_LOS[2]*SH_LOS[3]*(2*q2 + 2*a2*q0 + 2*a1*q3) - SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(vd*SH_LOS[9] + ve*SH_LOS[8] + vn*SH_LOS[12])) - P[3][2]*(SH_LOS[2]*SH_LOS[3]*(2*q3 - 2*a1*q2 + 2*a2*q1) + SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(vd*SH_LOS[8] - ve*SH_LOS[9] + vn*SH_LOS[10])) - P[9][2]*SH_LOS[0]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7] + P[22][2]*SH_LOS[0]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7] + P[4][2]*SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(a3*(sq(q0) + sq(q1) - sq(q2) - sq(q3)) + 2*q0*q3 - 2*q1*q2 - a1*(2*q0*q2 + 2*q1*q3)) + P[5][2]*SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(a1*(2*q0*q1 - 2*q2*q3) + a3*(2*q0*q3 + 2*q1*q2) - 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- Kfusion[12] = -SK_LOS[0]*(P[12][0]*SK_LOS[11] + P[12][1]*SK_LOS[10] - P[12][3]*SK_LOS[9] + P[12][2]*SK_LOS[12] - P[12][9]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[12][22]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[12][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[3]*SK_LOS[16] + P[12][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[8]*SK_LOS[16] - P[12][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[7]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[13] = -SK_LOS[0]*(P[13][0]*SK_LOS[11] + P[13][1]*SK_LOS[10] - P[13][3]*SK_LOS[9] + P[13][2]*SK_LOS[12] - P[13][9]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[13][22]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[13][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[3]*SK_LOS[16] + P[13][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[8]*SK_LOS[16] - P[13][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[7]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[14] = -SK_LOS[0]*(P[14][0]*SK_LOS[11] + P[14][1]*SK_LOS[10] - P[14][3]*SK_LOS[9] + P[14][2]*SK_LOS[12] - P[14][9]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[14][22]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[14][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[3]*SK_LOS[16] + P[14][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[8]*SK_LOS[16] - P[14][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[7]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[15] = -SK_LOS[0]*(P[15][0]*SK_LOS[11] + P[15][1]*SK_LOS[10] - P[15][3]*SK_LOS[9] + P[15][2]*SK_LOS[12] - P[15][9]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[15][22]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[15][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[3]*SK_LOS[16] + P[15][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[8]*SK_LOS[16] - P[15][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[7]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[16] = -SK_LOS[0]*(P[16][0]*SK_LOS[11] + P[16][1]*SK_LOS[10] - P[16][3]*SK_LOS[9] + P[16][2]*SK_LOS[12] - P[16][9]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[16][22]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[16][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[3]*SK_LOS[16] + P[16][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[8]*SK_LOS[16] - P[16][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[7]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[17] = -SK_LOS[0]*(P[17][0]*SK_LOS[11] + P[17][1]*SK_LOS[10] - P[17][3]*SK_LOS[9] + P[17][2]*SK_LOS[12] - P[17][9]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[17][22]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[17][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[3]*SK_LOS[16] + P[17][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[8]*SK_LOS[16] - P[17][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[7]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[18] = -SK_LOS[0]*(P[18][0]*SK_LOS[11] + P[18][1]*SK_LOS[10] - P[18][3]*SK_LOS[9] + P[18][2]*SK_LOS[12] - P[18][9]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[18][22]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[18][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[3]*SK_LOS[16] + P[18][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[8]*SK_LOS[16] - P[18][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[7]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[19] = -SK_LOS[0]*(P[19][0]*SK_LOS[11] + P[19][1]*SK_LOS[10] - P[19][3]*SK_LOS[9] + P[19][2]*SK_LOS[12] - P[19][9]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[19][22]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[19][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[3]*SK_LOS[16] + P[19][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[8]*SK_LOS[16] - P[19][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[7]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[20] = -SK_LOS[0]*(P[20][0]*SK_LOS[11] + P[20][1]*SK_LOS[10] - P[20][3]*SK_LOS[9] + P[20][2]*SK_LOS[12] - P[20][9]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[20][22]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[20][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[3]*SK_LOS[16] + P[20][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[8]*SK_LOS[16] - P[20][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[7]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[21] = -SK_LOS[0]*(P[21][0]*SK_LOS[11] + P[21][1]*SK_LOS[10] - P[21][3]*SK_LOS[9] + P[21][2]*SK_LOS[12] - P[21][9]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[21][22]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[21][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[3]*SK_LOS[16] + P[21][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[8]*SK_LOS[16] - P[21][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[7]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[22] = -SK_LOS[0]*(P[22][0]*SK_LOS[11] + P[22][1]*SK_LOS[10] - P[22][3]*SK_LOS[9] + P[22][2]*SK_LOS[12] - P[22][9]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[22][22]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[22][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[3]*SK_LOS[16] + P[22][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[8]*SK_LOS[16] - P[22][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[7]*SK_LOS[16]);
- varInnovLOS[0] = 1.0f/SK_LOS[0];
- innovLOS[0] = losPred[0] - losData[0];
-
- // reset the observation index to 0 (we start by fusing the X
- // measurement)
- obsIndex = 0;
- fuseOptData = false;
- }
- else if (obsIndex == 1) // we are now fusing the Y measurement
- {
- // Calculate observation jacobians
- for (uint8_t i = 0; i < n_states; i++) H_LOS[i] = 0;
- H_LOS[0] = SH_LOS[1]*SH_LOS[3]*(2*a1*q1 - 2*q0 + 2*a2*q2) + SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(vd*SH_LOS[6] - ve*SH_LOS[11] + vn*SH_LOS[5]);
- H_LOS[1] = SH_LOS[1]*SH_LOS[3]*(2*q1 + 2*a1*q0 - 2*a2*q3) - SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(vd*SH_LOS[11] + ve*SH_LOS[6] + vn*SH_LOS[4]);
- H_LOS[2] = SH_LOS[1]*SH_LOS[3]*(2*q2 + 2*a2*q0 + 2*a1*q3) - SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(vd*SH_LOS[5] + ve*SH_LOS[4] - vn*SH_LOS[6]);
- H_LOS[3] = SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(ve*SH_LOS[5] - vd*SH_LOS[4] + vn*SH_LOS[11]) - SH_LOS[1]*SH_LOS[3]*(2*q3 - 2*a1*q2 + 2*a2*q1);
- H_LOS[4] = SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(a2*(2*q0*q2 + 2*q1*q3) + a3*(2*q0*q3 - 2*q1*q2) - sq(q0) - sq(q1) + sq(q2) + sq(q3));
- H_LOS[5] = -SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(a3*(sq(q0) - sq(q1) + sq(q2) - sq(q3)) + 2*q0*q3 + 2*q1*q2 + a2*(2*q0*q1 - 2*q2*q3));
- H_LOS[6] = SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(a2*(sq(q0) - sq(q1) - sq(q2) + sq(q3)) + 2*q0*q2 - 2*q1*q3 - a3*(2*q0*q1 + 2*q2*q3));
- H_LOS[9] = -SH_LOS[0]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7];
- H_LOS[22] = SH_LOS[0]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7];
-
- // Calculate Kalman gains
- Kfusion[0] = SK_LOS[1]*(P[0][0]*SK_LOS[13] - P[0][3]*SK_LOS[6] + P[0][1]*SK_LOS[14] + P[0][2]*SK_LOS[15] - P[0][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[0][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[0][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[2]*SK_LOS[16] + P[0][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[5]*SK_LOS[16] - P[0][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[4]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[1] = SK_LOS[1]*(P[1][0]*SK_LOS[13] - P[1][3]*SK_LOS[6] + P[1][1]*SK_LOS[14] + P[1][2]*SK_LOS[15] - P[1][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[1][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[1][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[2]*SK_LOS[16] + P[1][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[5]*SK_LOS[16] - P[1][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[4]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[2] = SK_LOS[1]*(P[2][0]*SK_LOS[13] - P[2][3]*SK_LOS[6] + P[2][1]*SK_LOS[14] + P[2][2]*SK_LOS[15] - P[2][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[2][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[2][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[2]*SK_LOS[16] + P[2][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[5]*SK_LOS[16] - P[2][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[4]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[3] = SK_LOS[1]*(P[3][0]*SK_LOS[13] - P[3][3]*SK_LOS[6] + P[3][1]*SK_LOS[14] + P[3][2]*SK_LOS[15] - P[3][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[3][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[3][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[2]*SK_LOS[16] + P[3][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[5]*SK_LOS[16] - P[3][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[4]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[4] = SK_LOS[1]*(P[4][0]*SK_LOS[13] - P[4][3]*SK_LOS[6] + P[4][1]*SK_LOS[14] + P[4][2]*SK_LOS[15] - P[4][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[4][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[4][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[2]*SK_LOS[16] + P[4][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[5]*SK_LOS[16] - P[4][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[4]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[5] = SK_LOS[1]*(P[5][0]*SK_LOS[13] - P[5][3]*SK_LOS[6] + P[5][1]*SK_LOS[14] + P[5][2]*SK_LOS[15] - P[5][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[5][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[5][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[2]*SK_LOS[16] + P[5][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[5]*SK_LOS[16] - P[5][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[4]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[6] = SK_LOS[1]*(P[6][0]*SK_LOS[13] - P[6][3]*SK_LOS[6] + P[6][1]*SK_LOS[14] + P[6][2]*SK_LOS[15] - P[6][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[6][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[6][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[2]*SK_LOS[16] + P[6][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[5]*SK_LOS[16] - P[6][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[4]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[7] = SK_LOS[1]*(P[7][0]*SK_LOS[13] - P[7][3]*SK_LOS[6] + P[7][1]*SK_LOS[14] + P[7][2]*SK_LOS[15] - P[7][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[7][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[7][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[2]*SK_LOS[16] + P[7][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[5]*SK_LOS[16] - P[7][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[4]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[8] = SK_LOS[1]*(P[8][0]*SK_LOS[13] - P[8][3]*SK_LOS[6] + P[8][1]*SK_LOS[14] + P[8][2]*SK_LOS[15] - P[8][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[8][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[8][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[2]*SK_LOS[16] + P[8][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[5]*SK_LOS[16] - P[8][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[4]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[9] = SK_LOS[1]*(P[9][0]*SK_LOS[13] - P[9][3]*SK_LOS[6] + P[9][1]*SK_LOS[14] + P[9][2]*SK_LOS[15] - P[9][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[9][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[9][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[2]*SK_LOS[16] + P[9][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[5]*SK_LOS[16] - P[9][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[4]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[10] = SK_LOS[1]*(P[10][0]*SK_LOS[13] - P[10][3]*SK_LOS[6] + P[10][1]*SK_LOS[14] + P[10][2]*SK_LOS[15] - P[10][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[10][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[10][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[2]*SK_LOS[16] + P[10][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[5]*SK_LOS[16] - P[10][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[4]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[11] = SK_LOS[1]*(P[11][0]*SK_LOS[13] - P[11][3]*SK_LOS[6] + P[11][1]*SK_LOS[14] + P[11][2]*SK_LOS[15] - P[11][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[11][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[11][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[2]*SK_LOS[16] + P[11][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[5]*SK_LOS[16] - P[11][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[4]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[12] = SK_LOS[1]*(P[12][0]*SK_LOS[13] - P[12][3]*SK_LOS[6] + P[12][1]*SK_LOS[14] + P[12][2]*SK_LOS[15] - P[12][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[12][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[12][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[2]*SK_LOS[16] + P[12][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[5]*SK_LOS[16] - P[12][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[4]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[13] = SK_LOS[1]*(P[13][0]*SK_LOS[13] - P[13][3]*SK_LOS[6] + P[13][1]*SK_LOS[14] + P[13][2]*SK_LOS[15] - P[13][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[13][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[13][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[2]*SK_LOS[16] + P[13][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[5]*SK_LOS[16] - P[13][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[4]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[14] = SK_LOS[1]*(P[14][0]*SK_LOS[13] - P[14][3]*SK_LOS[6] + P[14][1]*SK_LOS[14] + P[14][2]*SK_LOS[15] - P[14][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[14][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[14][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[2]*SK_LOS[16] + P[14][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[5]*SK_LOS[16] - P[14][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[4]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[15] = SK_LOS[1]*(P[15][0]*SK_LOS[13] - P[15][3]*SK_LOS[6] + P[15][1]*SK_LOS[14] + P[15][2]*SK_LOS[15] - P[15][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[15][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[15][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[2]*SK_LOS[16] + P[15][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[5]*SK_LOS[16] - P[15][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[4]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[16] = SK_LOS[1]*(P[16][0]*SK_LOS[13] - P[16][3]*SK_LOS[6] + P[16][1]*SK_LOS[14] + P[16][2]*SK_LOS[15] - P[16][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[16][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[16][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[2]*SK_LOS[16] + P[16][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[5]*SK_LOS[16] - P[16][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[4]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[17] = SK_LOS[1]*(P[17][0]*SK_LOS[13] - P[17][3]*SK_LOS[6] + P[17][1]*SK_LOS[14] + P[17][2]*SK_LOS[15] - P[17][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[17][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[17][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[2]*SK_LOS[16] + P[17][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[5]*SK_LOS[16] - P[17][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[4]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[18] = SK_LOS[1]*(P[18][0]*SK_LOS[13] - P[18][3]*SK_LOS[6] + P[18][1]*SK_LOS[14] + P[18][2]*SK_LOS[15] - P[18][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[18][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[18][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[2]*SK_LOS[16] + P[18][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[5]*SK_LOS[16] - P[18][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[4]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[19] = SK_LOS[1]*(P[19][0]*SK_LOS[13] - P[19][3]*SK_LOS[6] + P[19][1]*SK_LOS[14] + P[19][2]*SK_LOS[15] - P[19][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[19][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[19][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[2]*SK_LOS[16] + P[19][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[5]*SK_LOS[16] - P[19][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[4]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[20] = SK_LOS[1]*(P[20][0]*SK_LOS[13] - P[20][3]*SK_LOS[6] + P[20][1]*SK_LOS[14] + P[20][2]*SK_LOS[15] - P[20][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[20][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[20][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[2]*SK_LOS[16] + P[20][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[5]*SK_LOS[16] - P[20][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[4]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[21] = SK_LOS[1]*(P[21][0]*SK_LOS[13] - P[21][3]*SK_LOS[6] + P[21][1]*SK_LOS[14] + P[21][2]*SK_LOS[15] - P[21][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[21][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[21][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[2]*SK_LOS[16] + P[21][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[5]*SK_LOS[16] - P[21][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[4]*SK_LOS[16]);
- Kfusion[22] = SK_LOS[1]*(P[22][0]*SK_LOS[13] - P[22][3]*SK_LOS[6] + P[22][1]*SK_LOS[14] + P[22][2]*SK_LOS[15] - P[22][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[22][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SK_LOS[16] + P[22][6]*SH_LOS[3]*SK_LOS[2]*SK_LOS[16] + P[22][4]*SH_LOS[3]*SK_LOS[5]*SK_LOS[16] - P[22][5]*SH_LOS[3]*SK_LOS[4]*SK_LOS[16]);
- varInnovLOS[1] = 1.0f/SK_LOS[1];
- innovLOS[1] = losPred[1] - losData[1];
- }
-
- // Check the innovation for consistency and don't fuse if > 5Sigma
- if ((innovLOS[obsIndex]*innovLOS[obsIndex]/varInnovMag[obsIndex]) < 25.0)
- {
- // correct the state vector
- for (uint8_t j = 0; j < n_states; j++)
- {
- states[j] = states[j] - Kfusion[j] * innovLOS[obsIndex];
- }
- // normalise the quaternion states
- float quatMag = sqrt(states[0]*states[0] + states[1]*states[1] + states[2]*states[2] + states[3]*states[3]);
- if (quatMag > 1e-12)
- {
- for (uint8_t j= 0; j<=3; j++)
- {
- float quatMagInv = 1.0f/quatMag;
- states[j] = states[j] * quatMagInv;
- }
- }
- // correct the covariance P = (I - K*H)*P
- // take advantage of the empty columns in KH to reduce the
- // number of operations
- for (uint8_t i = 0; i < n_states; i++)
- {
- for (uint8_t j = 0; j <= 6; j++)
- {
- KH[i][j] = Kfusion[i] * H_LOS[j];
- }
- for (uint8_t j = 7; j <= 8; j++)
- {
- KH[i][j] = 0.0f;
- }
- KH[i][9] = Kfusion[i] * H_LOS[9];
- for (uint8_t j = 10; j <= 21; j++)
- {
- KH[i][j] = 0.0f;
- }
- KH[i][22] = Kfusion[i] * H_LOS[22];
- }
- for (uint8_t i = 0; i < n_states; i++)
- {
- for (uint8_t j = 0; j < n_states; j++)
- {
- KHP[i][j] = 0.0f;
- for (uint8_t k = 0; k <= 6; k++)
- {
- KHP[i][j] = KHP[i][j] + KH[i][k] * P[k][j];
- }
- KHP[i][j] = KHP[i][j] + KH[i][9] * P[9][j];
- KHP[i][j] = KHP[i][j] + KH[i][22] * P[2][j];
- }
- }
- }
- for (uint8_t i = 0; i < n_states; i++)
- {
- for (uint8_t j = 0; j < n_states; j++)
- {
- P[i][j] = P[i][j] - KHP[i][j];
- }
- }
- }
- obsIndex = obsIndex + 1;
-
- ForceSymmetry();
- ConstrainVariances();
-}
-
-void AttPosEKF::zeroRows(float (&covMat)[n_states][n_states], uint8_t first, uint8_t last)
-{
- uint8_t row;
- uint8_t col;
- for (row=first; row<=last; row++)
- {
- for (col=0; col<n_states; col++)
- {
- covMat[row][col] = 0.0;
- }
- }
-}
-
void AttPosEKF::zeroCols(float (&covMat)[n_states][n_states], uint8_t first, uint8_t last)
{
uint8_t row;
@@ -2638,6 +2342,10 @@ void AttPosEKF::InitializeDynamic(float (&initvelNED)[3])
ZeroVariables();
+ ResetVelocity();
+ ResetPosition();
+ ResetHeight();
+
// Calculate initial filter quaternion states from raw measurements
float initQuat[4];
Vector3f initMagXYZ;