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diff --git a/src/modules/fw_att_pos_estimator/estimator.cpp b/src/modules/fw_att_pos_estimator/estimator.cpp deleted file mode 100644 index c31217393..000000000 --- a/src/modules/fw_att_pos_estimator/estimator.cpp +++ /dev/null @@ -1,2248 +0,0 @@ -#include "estimator.h" - -#include <string.h> - -float Vector3f::length(void) const -{ - return sqrt(x*x + y*y + z*z); -} - -Vector3f Vector3f::zero(void) const -{ - Vector3f ret = *this; - ret.x = 0.0; - ret.y = 0.0; - ret.z = 0.0; - return ret; -} - -Mat3f::Mat3f() { - x.x = 1.0f; - x.y = 0.0f; - x.z = 0.0f; - - y.x = 0.0f; - y.y = 1.0f; - y.z = 0.0f; - - z.x = 0.0f; - z.y = 0.0f; - z.z = 1.0f; -} - -Mat3f Mat3f::transpose(void) const -{ - Mat3f ret = *this; - swap_var(ret.x.y, ret.y.x); - swap_var(ret.x.z, ret.z.x); - swap_var(ret.y.z, ret.z.y); - return ret; -} - -// overload + operator to provide a vector addition -Vector3f operator+( Vector3f vecIn1, Vector3f vecIn2) -{ - Vector3f vecOut; - vecOut.x = vecIn1.x + vecIn2.x; - vecOut.y = vecIn1.y + vecIn2.y; - vecOut.z = vecIn1.z + vecIn2.z; - return vecOut; -} - -// overload - operator to provide a vector subtraction -Vector3f operator-( Vector3f vecIn1, Vector3f vecIn2) -{ - Vector3f vecOut; - vecOut.x = vecIn1.x - vecIn2.x; - vecOut.y = vecIn1.y - vecIn2.y; - vecOut.z = vecIn1.z - vecIn2.z; - return vecOut; -} - -// overload * operator to provide a matrix vector product -Vector3f operator*( Mat3f matIn, Vector3f vecIn) -{ - Vector3f vecOut; - vecOut.x = matIn.x.x*vecIn.x + matIn.x.y*vecIn.y + matIn.x.z*vecIn.z; - vecOut.y = matIn.y.x*vecIn.x + matIn.y.y*vecIn.y + matIn.y.z*vecIn.z; - vecOut.z = matIn.x.x*vecIn.x + matIn.z.y*vecIn.y + matIn.z.z*vecIn.z; - return vecOut; -} - -// overload % operator to provide a vector cross product -Vector3f operator%( Vector3f vecIn1, Vector3f vecIn2) -{ - Vector3f vecOut; - vecOut.x = vecIn1.y*vecIn2.z - vecIn1.z*vecIn2.y; - vecOut.y = vecIn1.z*vecIn2.x - vecIn1.x*vecIn2.z; - vecOut.z = vecIn1.x*vecIn2.y - vecIn1.y*vecIn2.x; - return vecOut; -} - -// overload * operator to provide a vector scaler product -Vector3f operator*(Vector3f vecIn1, float sclIn1) -{ - Vector3f vecOut; - vecOut.x = vecIn1.x * sclIn1; - vecOut.y = vecIn1.y * sclIn1; - vecOut.z = vecIn1.z * sclIn1; - return vecOut; -} - -// overload * operator to provide a vector scaler product -Vector3f operator*(float sclIn1, Vector3f vecIn1) -{ - Vector3f vecOut; - vecOut.x = vecIn1.x * sclIn1; - vecOut.y = vecIn1.y * sclIn1; - vecOut.z = vecIn1.z * sclIn1; - return vecOut; -} - -void swap_var(float &d1, float &d2) -{ - float tmp = d1; - d1 = d2; - d2 = tmp; -} - -AttPosEKF::AttPosEKF() : - fusionModeGPS(0), - covSkipCount(0), - EAS2TAS(1.0f), - statesInitialised(false), - fuseVelData(false), - fusePosData(false), - fuseHgtData(false), - fuseMagData(false), - fuseVtasData(false), - onGround(true), - staticMode(true), - useAirspeed(true), - useCompass(true), - numericalProtection(true), - storeIndex(0) -{ - -} - -AttPosEKF::~AttPosEKF() -{ -} - -void AttPosEKF::UpdateStrapdownEquationsNED() -{ - Vector3f delVelNav; - float q00; - float q11; - float q22; - float q33; - float q01; - float q02; - float q03; - float q12; - float q13; - float q23; - Mat3f Tbn; - Mat3f Tnb; - float rotationMag; - float qUpdated[4]; - float quatMag; - float deltaQuat[4]; - const Vector3f gravityNED = {0.0,0.0,GRAVITY_MSS}; - -// Remove sensor bias errors - correctedDelAng.x = dAngIMU.x - states[10]; - correctedDelAng.y = dAngIMU.y - states[11]; - correctedDelAng.z = dAngIMU.z - states[12]; - dVelIMU.x = dVelIMU.x; - dVelIMU.y = dVelIMU.y; - dVelIMU.z = dVelIMU.z; - -// Save current measurements - Vector3f prevDelAng = correctedDelAng; - -// Apply corrections for earths rotation rate and coning errors -// * and + operators have been overloaded - correctedDelAng = correctedDelAng - Tnb*earthRateNED*dtIMU + 8.333333333333333e-2f*(prevDelAng % correctedDelAng); - -// Convert the rotation vector to its equivalent quaternion - rotationMag = correctedDelAng.length(); - if (rotationMag < 1e-12f) - { - deltaQuat[0] = 1.0; - deltaQuat[1] = 0.0; - deltaQuat[2] = 0.0; - deltaQuat[3] = 0.0; - } - else - { - deltaQuat[0] = cos(0.5f*rotationMag); - float rotScaler = (sin(0.5f*rotationMag))/rotationMag; - deltaQuat[1] = correctedDelAng.x*rotScaler; - deltaQuat[2] = correctedDelAng.y*rotScaler; - deltaQuat[3] = correctedDelAng.z*rotScaler; - } - -// Update the quaternions by rotating from the previous attitude through -// the delta angle rotation quaternion - qUpdated[0] = states[0]*deltaQuat[0] - states[1]*deltaQuat[1] - states[2]*deltaQuat[2] - states[3]*deltaQuat[3]; - qUpdated[1] = states[0]*deltaQuat[1] + states[1]*deltaQuat[0] + states[2]*deltaQuat[3] - states[3]*deltaQuat[2]; - qUpdated[2] = states[0]*deltaQuat[2] + states[2]*deltaQuat[0] + states[3]*deltaQuat[1] - states[1]*deltaQuat[3]; - qUpdated[3] = states[0]*deltaQuat[3] + states[3]*deltaQuat[0] + states[1]*deltaQuat[2] - states[2]*deltaQuat[1]; - -// Normalise the quaternions and update the quaternion states - quatMag = sqrtf(sq(qUpdated[0]) + sq(qUpdated[1]) + sq(qUpdated[2]) + sq(qUpdated[3])); - if (quatMag > 1e-16f) - { - float quatMagInv = 1.0f/quatMag; - states[0] = quatMagInv*qUpdated[0]; - states[1] = quatMagInv*qUpdated[1]; - states[2] = quatMagInv*qUpdated[2]; - states[3] = quatMagInv*qUpdated[3]; - } - -// Calculate the body to nav cosine matrix - q00 = sq(states[0]); - q11 = sq(states[1]); - q22 = sq(states[2]); - q33 = sq(states[3]); - q01 = states[0]*states[1]; - q02 = states[0]*states[2]; - q03 = states[0]*states[3]; - q12 = states[1]*states[2]; - q13 = states[1]*states[3]; - q23 = states[2]*states[3]; - - Tbn.x.x = q00 + q11 - q22 - q33; - Tbn.y.y = q00 - q11 + q22 - q33; - Tbn.z.z = q00 - q11 - q22 + q33; - Tbn.x.y = 2*(q12 - q03); - Tbn.x.z = 2*(q13 + q02); - Tbn.y.x = 2*(q12 + q03); - Tbn.y.z = 2*(q23 - q01); - Tbn.z.x = 2*(q13 - q02); - Tbn.z.y = 2*(q23 + q01); - - Tnb = Tbn.transpose(); - -// transform body delta velocities to delta velocities in the nav frame -// * and + operators have been overloaded - //delVelNav = Tbn*dVelIMU + gravityNED*dtIMU; - delVelNav.x = Tbn.x.x*dVelIMU.x + Tbn.x.y*dVelIMU.y + Tbn.x.z*dVelIMU.z + gravityNED.x*dtIMU; - delVelNav.y = Tbn.y.x*dVelIMU.x + Tbn.y.y*dVelIMU.y + Tbn.y.z*dVelIMU.z + gravityNED.y*dtIMU; - delVelNav.z = Tbn.z.x*dVelIMU.x + Tbn.z.y*dVelIMU.y + Tbn.z.z*dVelIMU.z + gravityNED.z*dtIMU; - -// calculate the magnitude of the nav acceleration (required for GPS -// variance estimation) - accNavMag = delVelNav.length()/dtIMU; - -// If calculating position save previous velocity - float lastVelocity[3]; - lastVelocity[0] = states[4]; - lastVelocity[1] = states[5]; - lastVelocity[2] = states[6]; - -// Sum delta velocities to get velocity - states[4] = states[4] + delVelNav.x; - states[5] = states[5] + delVelNav.y; - states[6] = states[6] + delVelNav.z; - -// If calculating postions, do a trapezoidal integration for position - states[7] = states[7] + 0.5f*(states[4] + lastVelocity[0])*dtIMU; - states[8] = states[8] + 0.5f*(states[5] + lastVelocity[1])*dtIMU; - states[9] = states[9] + 0.5f*(states[6] + lastVelocity[2])*dtIMU; - - // Constrain states (to protect against filter divergence) - ConstrainStates(); -} - -void AttPosEKF::CovariancePrediction(float dt) -{ - // scalars - float windVelSigma; - float dAngBiasSigma; - // float dVelBiasSigma; - float magEarthSigma; - float magBodySigma; - float daxCov; - float dayCov; - float dazCov; - float dvxCov; - float dvyCov; - float dvzCov; - float dvx; - float dvy; - float dvz; - float dax; - float day; - float daz; - float q0; - float q1; - float q2; - float q3; - float dax_b; - float day_b; - float daz_b; - - // arrays - float processNoise[21]; - float SF[14]; - float SG[8]; - float SQ[11]; - float SPP[13] = {0}; - float nextP[21][21]; - - // calculate covariance prediction process noise - const float yawVarScale = 1.0f; - windVelSigma = dt*0.1f; - dAngBiasSigma = dt*5.0e-7f; - magEarthSigma = dt*3.0e-4f; - magBodySigma = dt*3.0e-4f; - for (uint8_t i= 0; i<=9; i++) processNoise[i] = 1.0e-9f; - for (uint8_t i=10; i<=12; i++) processNoise[i] = dAngBiasSigma; - if (onGround) processNoise[12] = dAngBiasSigma * yawVarScale; - for (uint8_t i=13; i<=14; i++) processNoise[i] = windVelSigma; - for (uint8_t i=15; i<=17; i++) processNoise[i] = magEarthSigma; - for (uint8_t i=18; i<=20; i++) processNoise[i] = magBodySigma; - for (uint8_t i= 0; i<=20; i++) processNoise[i] = sq(processNoise[i]); - - // set variables used to calculate covariance growth - dvx = summedDelVel.x; - dvy = summedDelVel.y; - dvz = summedDelVel.z; - dax = summedDelAng.x; - day = summedDelAng.y; - daz = summedDelAng.z; - q0 = states[0]; - q1 = states[1]; - q2 = states[2]; - q3 = states[3]; - dax_b = states[10]; - day_b = states[11]; - daz_b = states[12]; - daxCov = sq(dt*1.4544411e-2f); - dayCov = sq(dt*1.4544411e-2f); - dazCov = sq(dt*1.4544411e-2f); - if (onGround) dazCov = dazCov * sq(yawVarScale); - dvxCov = sq(dt*0.5f); - dvyCov = sq(dt*0.5f); - dvzCov = sq(dt*0.5f); - - // Predicted covariance calculation - SF[0] = 2*dvx*q1 + 2*dvy*q2 + 2*dvz*q3; - SF[1] = 2*dvx*q3 + 2*dvy*q0 - 2*dvz*q1; - SF[2] = 2*dvx*q0 - 2*dvy*q3 + 2*dvz*q2; - SF[3] = day/2 - day_b/2; - SF[4] = daz/2 - daz_b/2; - SF[5] = dax/2 - dax_b/2; - SF[6] = dax_b/2 - dax/2; - SF[7] = daz_b/2 - daz/2; - SF[8] = day_b/2 - day/2; - SF[9] = q1/2; - SF[10] = q2/2; - SF[11] = q3/2; - SF[12] = 2*dvz*q0; - SF[13] = 2*dvy*q1; - - SG[0] = q0/2; - SG[1] = sq(q3); - SG[2] = sq(q2); - SG[3] = sq(q1); - SG[4] = sq(q0); - SG[5] = 2*q2*q3; - SG[6] = 2*q1*q3; - SG[7] = 2*q1*q2; - - SQ[0] = dvzCov*(SG[5] - 2*q0*q1)*(SG[1] - SG[2] - SG[3] + SG[4]) - dvyCov*(SG[5] + 2*q0*q1)*(SG[1] - SG[2] + SG[3] - SG[4]) + dvxCov*(SG[6] - 2*q0*q2)*(SG[7] + 2*q0*q3); - SQ[1] = dvzCov*(SG[6] + 2*q0*q2)*(SG[1] - SG[2] - SG[3] + SG[4]) - dvxCov*(SG[6] - 2*q0*q2)*(SG[1] + SG[2] - SG[3] - SG[4]) + dvyCov*(SG[5] + 2*q0*q1)*(SG[7] - 2*q0*q3); - SQ[2] = dvzCov*(SG[5] - 2*q0*q1)*(SG[6] + 2*q0*q2) - dvyCov*(SG[7] - 2*q0*q3)*(SG[1] - SG[2] + SG[3] - SG[4]) - dvxCov*(SG[7] + 2*q0*q3)*(SG[1] + SG[2] - SG[3] - SG[4]); - SQ[3] = (dayCov*q1*SG[0])/2 - (dazCov*q1*SG[0])/2 - (daxCov*q2*q3)/4; - SQ[4] = (dazCov*q2*SG[0])/2 - (daxCov*q2*SG[0])/2 - (dayCov*q1*q3)/4; - SQ[5] = (daxCov*q3*SG[0])/2 - (dayCov*q3*SG[0])/2 - (dazCov*q1*q2)/4; - SQ[6] = (daxCov*q1*q2)/4 - (dazCov*q3*SG[0])/2 - (dayCov*q1*q2)/4; - SQ[7] = (dazCov*q1*q3)/4 - (daxCov*q1*q3)/4 - (dayCov*q2*SG[0])/2; - SQ[8] = (dayCov*q2*q3)/4 - (daxCov*q1*SG[0])/2 - (dazCov*q2*q3)/4; - SQ[9] = sq(SG[0]); - SQ[10] = sq(q1); - - SPP[0] = SF[12] + SF[13] - 2*dvx*q2; - SPP[1] = 2*dvx*q0 - 2*dvy*q3 + 2*dvz*q2; - SPP[2] = 2*dvx*q3 + 2*dvy*q0 - 2*dvz*q1; - SPP[3] = SF[11]; - SPP[4] = SF[10]; - SPP[5] = SF[9]; - SPP[6] = SF[7]; - SPP[7] = SF[8]; - - nextP[0][0] = P[0][0] + P[1][0]*SF[6] + P[2][0]*SPP[7] + P[3][0]*SPP[6] + P[10][0]*SPP[5] + P[11][0]*SPP[4] + P[12][0]*SPP[3] + (daxCov*SQ[10])/4 + SF[6]*(P[0][1] + P[1][1]*SF[6] + P[2][1]*SPP[7] + P[3][1]*SPP[6] + P[10][1]*SPP[5] + P[11][1]*SPP[4] + P[12][1]*SPP[3]) + SPP[7]*(P[0][2] + P[1][2]*SF[6] + P[2][2]*SPP[7] + P[3][2]*SPP[6] + P[10][2]*SPP[5] + P[11][2]*SPP[4] + P[12][2]*SPP[3]) + SPP[6]*(P[0][3] + P[1][3]*SF[6] + P[2][3]*SPP[7] + P[3][3]*SPP[6] + P[10][3]*SPP[5] + P[11][3]*SPP[4] + P[12][3]*SPP[3]) + SPP[5]*(P[0][10] + P[1][10]*SF[6] + P[2][10]*SPP[7] + P[3][10]*SPP[6] + P[10][10]*SPP[5] + P[11][10]*SPP[4] + P[12][10]*SPP[3]) + SPP[4]*(P[0][11] + P[1][11]*SF[6] + P[2][11]*SPP[7] + P[3][11]*SPP[6] + P[10][11]*SPP[5] + P[11][11]*SPP[4] + P[12][11]*SPP[3]) + SPP[3]*(P[0][12] + P[1][12]*SF[6] + P[2][12]*SPP[7] + P[3][12]*SPP[6] + P[10][12]*SPP[5] + P[11][12]*SPP[4] + P[12][12]*SPP[3]) + (dayCov*sq(q2))/4 + (dazCov*sq(q3))/4; 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- nextP[18][5] = P[18][5] + P[18][0]*SF[1] + P[18][2]*SF[0] + P[18][3]*SF[2] - P[18][1]*SPP[0]; - nextP[18][6] = P[18][6] + P[18][1]*SF[1] + P[18][3]*SF[0] + P[18][0]*SPP[0] - P[18][2]*SPP[1]; - nextP[18][7] = P[18][7] + P[18][4]*dt; - nextP[18][8] = P[18][8] + P[18][5]*dt; - nextP[18][9] = P[18][9] + P[18][6]*dt; - nextP[18][10] = P[18][10]; - nextP[18][11] = P[18][11]; - nextP[18][12] = P[18][12]; - nextP[18][13] = P[18][13]; - nextP[18][14] = P[18][14]; - nextP[18][15] = P[18][15]; - nextP[18][16] = P[18][16]; - nextP[18][17] = P[18][17]; - nextP[18][18] = P[18][18]; - nextP[18][19] = P[18][19]; - nextP[18][20] = P[18][20]; - nextP[19][0] = P[19][0] + P[19][1]*SF[6] + P[19][2]*SPP[7] + P[19][3]*SPP[6] + P[19][10]*SPP[5] + P[19][11]*SPP[4] + P[19][12]*SPP[3]; - nextP[19][1] = P[19][1] + P[19][0]*SF[5] + P[19][2]*SF[4] + P[19][3]*SPP[7] + P[19][11]*SPP[3] - P[19][12]*SPP[4] - (P[19][10]*q0)/2; - nextP[19][2] = P[19][2] + P[19][0]*SF[3] + P[19][3]*SF[5] + P[19][1]*SPP[6] - P[19][10]*SPP[3] + P[19][12]*SPP[5] - (P[19][11]*q0)/2; 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- nextP[20][1] = P[20][1] + P[20][0]*SF[5] + P[20][2]*SF[4] + P[20][3]*SPP[7] + P[20][11]*SPP[3] - P[20][12]*SPP[4] - (P[20][10]*q0)/2; - nextP[20][2] = P[20][2] + P[20][0]*SF[3] + P[20][3]*SF[5] + P[20][1]*SPP[6] - P[20][10]*SPP[3] + P[20][12]*SPP[5] - (P[20][11]*q0)/2; - nextP[20][3] = P[20][3] + P[20][0]*SF[4] + P[20][1]*SF[3] + P[20][2]*SF[6] + P[20][10]*SPP[4] - P[20][11]*SPP[5] - (P[20][12]*q0)/2; - nextP[20][4] = P[20][4] + P[20][1]*SF[0] + P[20][0]*SF[2] + P[20][2]*SPP[0] - P[20][3]*SPP[2]; - nextP[20][5] = P[20][5] + P[20][0]*SF[1] + P[20][2]*SF[0] + P[20][3]*SF[2] - P[20][1]*SPP[0]; - nextP[20][6] = P[20][6] + P[20][1]*SF[1] + P[20][3]*SF[0] + P[20][0]*SPP[0] - P[20][2]*SPP[1]; - nextP[20][7] = P[20][7] + P[20][4]*dt; - nextP[20][8] = P[20][8] + P[20][5]*dt; - nextP[20][9] = P[20][9] + P[20][6]*dt; - nextP[20][10] = P[20][10]; - nextP[20][11] = P[20][11]; - nextP[20][12] = P[20][12]; - nextP[20][13] = P[20][13]; - nextP[20][14] = P[20][14]; - nextP[20][15] = P[20][15]; - nextP[20][16] = P[20][16]; - nextP[20][17] = P[20][17]; - nextP[20][18] = P[20][18]; - nextP[20][19] = P[20][19]; - nextP[20][20] = P[20][20]; - - for (unsigned i = 0; i < n_states; i++) - { - nextP[i][i] = nextP[i][i] + processNoise[i]; - } - - // If on ground or no magnetometer fitted, inhibit magnetometer bias updates by - // setting the coresponding covariance terms to zero. - if (onGround || !useCompass) - { - zeroRows(nextP,15,20); - zeroCols(nextP,15,20); - } - - // If on ground or not using airspeed sensing, inhibit wind velocity - // covariance growth. - if (onGround || !useAirspeed) - { - zeroRows(nextP,13,14); - zeroCols(nextP,13,14); - } - - // If the total position variance exceds 1E6 (1000m), then stop covariance - // growth by setting the predicted to the previous values - // This prevent an ill conditioned matrix from occurring for long periods - // without GPS - if ((P[7][7] + P[8][8]) > 1E6f) - { - for (uint8_t i=7; i<=8; i++) - { - for (unsigned j = 0; j < n_states; j++) - { - nextP[i][j] = P[i][j]; - nextP[j][i] = P[j][i]; - } - } - } - - if (onGround || staticMode) { - // copy the portion of the variances we want to - // propagate - for (unsigned i = 0; i < 14; i++) { - P[i][i] = nextP[i][i]; - - // force symmetry for observable states - // force zero for non-observable states - for (unsigned i = 1; i < n_states; i++) - { - for (uint8_t j = 0; j < i; j++) - { - if ((i > 12) || (j > 12)) { - P[i][j] = 0.0f; - } else { - P[i][j] = 0.5f * (nextP[i][j] + nextP[j][i]); - } - P[j][i] = P[i][j]; - } - } - } - - } else { - - // Copy covariance - for (unsigned i = 0; i < n_states; i++) { - P[i][i] = nextP[i][i]; - } - - // force symmetry for observable states - for (unsigned i = 1; i < n_states; i++) - { - for (uint8_t j = 0; j < i; j++) - { - P[i][j] = 0.5f * (nextP[i][j] + nextP[j][i]); - P[j][i] = P[i][j]; - } - } - - } - - ConstrainVariances(); -} - -void AttPosEKF::FuseVelposNED() -{ - -// declare variables used by fault isolation logic - uint32_t gpsRetryTime = 30000; // time in msec before GPS fusion will be retried following innovation consistency failure - uint32_t gpsRetryTimeNoTAS = 5000; // retry time if no TAS measurement available - uint32_t hgtRetryTime = 5000; // height measurement retry time - uint32_t horizRetryTime; - -// declare variables used to check measurement errors - float velInnov[3] = {0.0f,0.0f,0.0f}; - float posInnov[2] = {0.0f,0.0f}; - float hgtInnov = 0.0f; - -// declare variables used to control access to arrays - bool fuseData[6] = {false,false,false,false,false,false}; - uint8_t stateIndex; - uint8_t obsIndex; - uint8_t indexLimit; - -// declare variables used by state and covariance update calculations - float velErr; - float posErr; - float R_OBS[6]; - float observation[6]; - float SK; - float quatMag; - -// Perform sequential fusion of GPS measurements. This assumes that the -// errors in the different velocity and position components are -// uncorrelated which is not true, however in the absence of covariance -// data from the GPS receiver it is the only assumption we can make -// so we might as well take advantage of the computational efficiencies -// associated with sequential fusion - if (fuseVelData || fusePosData || fuseHgtData) - { - // set the GPS data timeout depending on whether airspeed data is present - if (useAirspeed) horizRetryTime = gpsRetryTime; - else horizRetryTime = gpsRetryTimeNoTAS; - - // Form the observation vector - for (uint8_t i=0; i<=2; i++) observation[i] = velNED[i]; - for (uint8_t i=3; i<=4; i++) observation[i] = posNE[i-3]; - observation[5] = -(hgtMea); - - // Estimate the GPS Velocity, GPS horiz position and height measurement variances. - velErr = 0.2f*accNavMag; // additional error in GPS velocities caused by manoeuvring - posErr = 0.2f*accNavMag; // additional error in GPS position caused by manoeuvring - R_OBS[0] = 0.04f + sq(velErr); - R_OBS[1] = R_OBS[0]; - R_OBS[2] = 0.08f + sq(velErr); - R_OBS[3] = R_OBS[2]; - R_OBS[4] = 4.0f + sq(posErr); - R_OBS[5] = 4.0f; - - // Set innovation variances to zero default - for (uint8_t i = 0; i<=5; i++) - { - varInnovVelPos[i] = 0.0f; - } - // calculate innovations and check GPS data validity using an innovation consistency check - if (fuseVelData) - { - // test velocity measurements - uint8_t imax = 2; - if (fusionModeGPS == 1) imax = 1; - for (uint8_t i = 0; i<=imax; i++) - { - velInnov[i] = statesAtVelTime[i+4] - velNED[i]; - stateIndex = 4 + i; - varInnovVelPos[i] = P[stateIndex][stateIndex] + R_OBS[i]; - } - // apply a 5-sigma threshold - current_ekf_state.velHealth = (sq(velInnov[0]) + sq(velInnov[1]) + sq(velInnov[2])) < 25.0f * (varInnovVelPos[0] + varInnovVelPos[1] + varInnovVelPos[2]); - current_ekf_state.velTimeout = (millis() - current_ekf_state.velFailTime) > horizRetryTime; - if (current_ekf_state.velHealth || current_ekf_state.velTimeout) - { - current_ekf_state.velHealth = true; - current_ekf_state.velFailTime = millis(); - } - else - { - current_ekf_state.velHealth = false; - } - } - if (fusePosData) - { - // test horizontal position measurements - posInnov[0] = statesAtPosTime[7] - posNE[0]; - posInnov[1] = statesAtPosTime[8] - posNE[1]; - varInnovVelPos[3] = P[7][7] + R_OBS[3]; - varInnovVelPos[4] = P[8][8] + R_OBS[4]; - // apply a 10-sigma threshold - current_ekf_state.posHealth = (sq(posInnov[0]) + sq(posInnov[1])) < 100.0f*(varInnovVelPos[3] + varInnovVelPos[4]); - current_ekf_state.posTimeout = (millis() - current_ekf_state.posFailTime) > horizRetryTime; - if (current_ekf_state.posHealth || current_ekf_state.posTimeout) - { - current_ekf_state.posHealth = true; - current_ekf_state.posFailTime = millis(); - } - else - { - current_ekf_state.posHealth = false; - } - } - // test height measurements - if (fuseHgtData) - { - hgtInnov = statesAtHgtTime[9] + hgtMea; - varInnovVelPos[5] = P[9][9] + R_OBS[5]; - // apply a 10-sigma threshold - current_ekf_state.hgtHealth = sq(hgtInnov) < 100.0f*varInnovVelPos[5]; - current_ekf_state.hgtTimeout = (millis() - current_ekf_state.hgtFailTime) > hgtRetryTime; - if (current_ekf_state.hgtHealth || current_ekf_state.hgtTimeout) - { - current_ekf_state.hgtHealth = true; - current_ekf_state.hgtFailTime = millis(); - } - else - { - current_ekf_state.hgtHealth = false; - } - } - // Set range for sequential fusion of velocity and position measurements depending - // on which data is available and its health - if (fuseVelData && fusionModeGPS == 0 && current_ekf_state.velHealth) - { - fuseData[0] = true; - fuseData[1] = true; - fuseData[2] = true; - } - if (fuseVelData && fusionModeGPS == 1 && current_ekf_state.velHealth) - { - fuseData[0] = true; - fuseData[1] = true; - } - if (fusePosData && fusionModeGPS <= 2 && current_ekf_state.posHealth) - { - fuseData[3] = true; - fuseData[4] = true; - } - if (fuseHgtData && current_ekf_state.hgtHealth) - { - fuseData[5] = true; - } - // Limit range of states modified when on ground - if(!onGround) - { - indexLimit = 20; - } - else - { - indexLimit = 12; - } - // Fuse measurements sequentially - for (obsIndex=0; obsIndex<=5; obsIndex++) - { - if (fuseData[obsIndex]) - { - stateIndex = 4 + obsIndex; - // Calculate the measurement innovation, using states from a - // different time coordinate if fusing height data - if (obsIndex >= 0 && obsIndex <= 2) - { - innovVelPos[obsIndex] = statesAtVelTime[stateIndex] - observation[obsIndex]; - } - else if (obsIndex == 3 || obsIndex == 4) - { - innovVelPos[obsIndex] = statesAtPosTime[stateIndex] - observation[obsIndex]; - } - else if (obsIndex == 5) - { - innovVelPos[obsIndex] = statesAtHgtTime[stateIndex] - observation[obsIndex]; - } - // Calculate the Kalman Gain - // Calculate innovation variances - also used for data logging - varInnovVelPos[obsIndex] = P[stateIndex][stateIndex] + R_OBS[obsIndex]; - SK = 1.0/varInnovVelPos[obsIndex]; - for (uint8_t i= 0; i<=indexLimit; i++) - { - Kfusion[i] = P[i][stateIndex]*SK; - } - // Calculate state corrections and re-normalise the quaternions - for (uint8_t i = 0; i<=indexLimit; i++) - { - states[i] = states[i] - Kfusion[i] * innovVelPos[obsIndex]; - } - quatMag = sqrt(states[0]*states[0] + states[1]*states[1] + states[2]*states[2] + states[3]*states[3]); - if (quatMag > 1e-12f) // divide by 0 protection - { - for (uint8_t i = 0; i<=3; i++) - { - states[i] = states[i] / quatMag; - } - } - // Update the covariance - take advantage of direct observation of a - // single state at index = stateIndex to reduce computations - // Optimised implementation of standard equation P = (I - K*H)*P; - for (uint8_t i= 0; i<=indexLimit; i++) - { - for (uint8_t j= 0; j<=indexLimit; j++) - { - KHP[i][j] = Kfusion[i] * P[stateIndex][j]; - } - } - for (uint8_t i= 0; i<=indexLimit; i++) - { - for (uint8_t j= 0; j<=indexLimit; j++) - { - P[i][j] = P[i][j] - KHP[i][j]; - } - } - } - } - } - - ForceSymmetry(); - ConstrainVariances(); - - //printf("velh: %s, posh: %s, hgth: %s\n", ((velHealth) ? "OK" : "FAIL"), ((posHealth) ? "OK" : "FAIL"), ((hgtHealth) ? "OK" : "FAIL")); -} - -void AttPosEKF::FuseMagnetometer() -{ - uint8_t obsIndex; - uint8_t indexLimit; - float DCM[3][3] = - { - {1.0f,0.0f,0.0f} , - {0.0f,1.0f,0.0f} , - {0.0f,0.0f,1.0f} - }; - float MagPred[3] = {0.0f,0.0f,0.0f}; - float SK_MX[6]; - float SK_MY[5]; - float SK_MZ[6]; - float SH_MAG[9] = {0.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f}; - -// Perform sequential fusion of Magnetometer measurements. -// This assumes that the errors in the different components are -// uncorrelated which is not true, however in the absence of covariance -// data fit is the only assumption we can make -// so we might as well take advantage of the computational efficiencies -// associated with sequential fusion - if (useCompass && (fuseMagData || obsIndex == 1 || obsIndex == 2)) - { - // Limit range of states modified when on ground - if(!onGround) - { - indexLimit = 20; - } - else - { - indexLimit = 12; - } - - static float q0 = 0.0f; - static float q1 = 0.0f; - static float q2 = 0.0f; - static float q3 = 1.0f; - static float magN = 0.4f; - static float magE = 0.0f; - static float magD = 0.3f; - - static float R_MAG = 0.0025f; - - float H_MAG[21] = {0.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f,0.0f}; - - // Sequential fusion of XYZ components to spread processing load across - // three prediction time steps. - - // Calculate observation jacobians and Kalman gains - if (fuseMagData) - { - static float magXbias = 0.0f; - static float magYbias = 0.0f; - static float magZbias = 0.0f; - - // Copy required states to local variable names - q0 = statesAtMagMeasTime[0]; - q1 = statesAtMagMeasTime[1]; - q2 = statesAtMagMeasTime[2]; - q3 = statesAtMagMeasTime[3]; - magN = statesAtMagMeasTime[15]; - magE = statesAtMagMeasTime[16]; - magD = statesAtMagMeasTime[17]; - magXbias = statesAtMagMeasTime[18]; - magYbias = statesAtMagMeasTime[19]; - magZbias = statesAtMagMeasTime[20]; - - // rotate predicted earth components into body axes and calculate - // predicted measurments - DCM[0][0] = q0*q0 + q1*q1 - q2*q2 - q3*q3; - DCM[0][1] = 2*(q1*q2 + q0*q3); - DCM[0][2] = 2*(q1*q3-q0*q2); - DCM[1][0] = 2*(q1*q2 - q0*q3); - DCM[1][1] = q0*q0 - q1*q1 + q2*q2 - q3*q3; - DCM[1][2] = 2*(q2*q3 + q0*q1); - DCM[2][0] = 2*(q1*q3 + q0*q2); - DCM[2][1] = 2*(q2*q3 - q0*q1); - DCM[2][2] = q0*q0 - q1*q1 - q2*q2 + q3*q3; - MagPred[0] = DCM[0][0]*magN + DCM[0][1]*magE + DCM[0][2]*magD + magXbias; - MagPred[1] = DCM[1][0]*magN + DCM[1][1]*magE + DCM[1][2]*magD + magYbias; - MagPred[2] = DCM[2][0]*magN + DCM[2][1]*magE + DCM[2][2]*magD + magZbias; - - // scale magnetometer observation error with total angular rate - R_MAG = 0.0025f + sq(0.05f*dAngIMU.length()/dtIMU); - - // Calculate observation jacobians - SH_MAG[0] = 2*magD*q3 + 2*magE*q2 + 2*magN*q1; - SH_MAG[1] = 2*magD*q0 - 2*magE*q1 + 2*magN*q2; - SH_MAG[2] = 2*magD*q1 + 2*magE*q0 - 2*magN*q3; - SH_MAG[3] = sq(q3); - SH_MAG[4] = sq(q2); - SH_MAG[5] = sq(q1); - SH_MAG[6] = sq(q0); - SH_MAG[7] = 2*magN*q0; - SH_MAG[8] = 2*magE*q3; - - for (uint8_t i=0; i<=20; i++) H_MAG[i] = 0; - H_MAG[0] = SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2; - H_MAG[1] = SH_MAG[0]; - H_MAG[2] = 2*magE*q1 - 2*magD*q0 - 2*magN*q2; - H_MAG[3] = SH_MAG[2]; - H_MAG[15] = SH_MAG[5] - SH_MAG[4] - SH_MAG[3] + SH_MAG[6]; - H_MAG[16] = 2*q0*q3 + 2*q1*q2; - H_MAG[17] = 2*q1*q3 - 2*q0*q2; - H_MAG[18] = 1.0f; - - // Calculate Kalman gain - SK_MX[0] = 1/(P[18][18] + R_MAG + P[1][18]*SH_MAG[0] + P[3][18]*SH_MAG[2] - P[15][18]*(SH_MAG[3] + SH_MAG[4] - SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) - (2*magD*q0 - 2*magE*q1 + 2*magN*q2)*(P[18][2] + P[1][2]*SH_MAG[0] + P[3][2]*SH_MAG[2] - P[15][2]*(SH_MAG[3] + SH_MAG[4] - SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) + P[16][2]*(2*q0*q3 + 2*q1*q2) - P[17][2]*(2*q0*q2 - 2*q1*q3) - P[2][2]*(2*magD*q0 - 2*magE*q1 + 2*magN*q2) + P[0][2]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) + (SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)*(P[18][0] + P[1][0]*SH_MAG[0] + P[3][0]*SH_MAG[2] - P[15][0]*(SH_MAG[3] + SH_MAG[4] - SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) + P[16][0]*(2*q0*q3 + 2*q1*q2) - P[17][0]*(2*q0*q2 - 2*q1*q3) - P[2][0]*(2*magD*q0 - 2*magE*q1 + 2*magN*q2) + P[0][0]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) + SH_MAG[0]*(P[18][1] + P[1][1]*SH_MAG[0] + P[3][1]*SH_MAG[2] - P[15][1]*(SH_MAG[3] + SH_MAG[4] - SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) + P[16][1]*(2*q0*q3 + 2*q1*q2) - P[17][1]*(2*q0*q2 - 2*q1*q3) - P[2][1]*(2*magD*q0 - 2*magE*q1 + 2*magN*q2) + P[0][1]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) + SH_MAG[2]*(P[18][3] + P[1][3]*SH_MAG[0] + P[3][3]*SH_MAG[2] - P[15][3]*(SH_MAG[3] + SH_MAG[4] - SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) + P[16][3]*(2*q0*q3 + 2*q1*q2) - P[17][3]*(2*q0*q2 - 2*q1*q3) - P[2][3]*(2*magD*q0 - 2*magE*q1 + 2*magN*q2) + P[0][3]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) - (SH_MAG[3] + SH_MAG[4] - SH_MAG[5] - SH_MAG[6])*(P[18][15] + P[1][15]*SH_MAG[0] + P[3][15]*SH_MAG[2] - P[15][15]*(SH_MAG[3] + SH_MAG[4] - SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) + P[16][15]*(2*q0*q3 + 2*q1*q2) - P[17][15]*(2*q0*q2 - 2*q1*q3) - P[2][15]*(2*magD*q0 - 2*magE*q1 + 2*magN*q2) + P[0][15]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) + P[16][18]*(2*q0*q3 + 2*q1*q2) - P[17][18]*(2*q0*q2 - 2*q1*q3) - P[2][18]*(2*magD*q0 - 2*magE*q1 + 2*magN*q2) + (2*q0*q3 + 2*q1*q2)*(P[18][16] + P[1][16]*SH_MAG[0] + P[3][16]*SH_MAG[2] - P[15][16]*(SH_MAG[3] + SH_MAG[4] - SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) + P[16][16]*(2*q0*q3 + 2*q1*q2) - P[17][16]*(2*q0*q2 - 2*q1*q3) - P[2][16]*(2*magD*q0 - 2*magE*q1 + 2*magN*q2) + P[0][16]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) - (2*q0*q2 - 2*q1*q3)*(P[18][17] + P[1][17]*SH_MAG[0] + P[3][17]*SH_MAG[2] - P[15][17]*(SH_MAG[3] + SH_MAG[4] - SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) + P[16][17]*(2*q0*q3 + 2*q1*q2) - P[17][17]*(2*q0*q2 - 2*q1*q3) - P[2][17]*(2*magD*q0 - 2*magE*q1 + 2*magN*q2) + P[0][17]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) + P[0][18]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)); - SK_MX[1] = SH_MAG[3] + SH_MAG[4] - SH_MAG[5] - SH_MAG[6]; - SK_MX[2] = 2*magD*q0 - 2*magE*q1 + 2*magN*q2; - SK_MX[3] = SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2; - SK_MX[4] = 2*q0*q2 - 2*q1*q3; - SK_MX[5] = 2*q0*q3 + 2*q1*q2; - Kfusion[0] = SK_MX[0]*(P[0][18] + P[0][1]*SH_MAG[0] + P[0][3]*SH_MAG[2] + P[0][0]*SK_MX[3] - P[0][2]*SK_MX[2] - P[0][15]*SK_MX[1] + P[0][16]*SK_MX[5] - P[0][17]*SK_MX[4]); - Kfusion[1] = SK_MX[0]*(P[1][18] + P[1][1]*SH_MAG[0] + P[1][3]*SH_MAG[2] + P[1][0]*SK_MX[3] - P[1][2]*SK_MX[2] - P[1][15]*SK_MX[1] + P[1][16]*SK_MX[5] - P[1][17]*SK_MX[4]); - Kfusion[2] = SK_MX[0]*(P[2][18] + P[2][1]*SH_MAG[0] + P[2][3]*SH_MAG[2] + P[2][0]*SK_MX[3] - P[2][2]*SK_MX[2] - P[2][15]*SK_MX[1] + P[2][16]*SK_MX[5] - P[2][17]*SK_MX[4]); - Kfusion[3] = SK_MX[0]*(P[3][18] + P[3][1]*SH_MAG[0] + P[3][3]*SH_MAG[2] + P[3][0]*SK_MX[3] - P[3][2]*SK_MX[2] - P[3][15]*SK_MX[1] + P[3][16]*SK_MX[5] - P[3][17]*SK_MX[4]); - Kfusion[4] = SK_MX[0]*(P[4][18] + P[4][1]*SH_MAG[0] + P[4][3]*SH_MAG[2] + P[4][0]*SK_MX[3] - P[4][2]*SK_MX[2] - P[4][15]*SK_MX[1] + P[4][16]*SK_MX[5] - P[4][17]*SK_MX[4]); - Kfusion[5] = SK_MX[0]*(P[5][18] + P[5][1]*SH_MAG[0] + P[5][3]*SH_MAG[2] + P[5][0]*SK_MX[3] - P[5][2]*SK_MX[2] - P[5][15]*SK_MX[1] + P[5][16]*SK_MX[5] - P[5][17]*SK_MX[4]); - Kfusion[6] = SK_MX[0]*(P[6][18] + P[6][1]*SH_MAG[0] + P[6][3]*SH_MAG[2] + P[6][0]*SK_MX[3] - P[6][2]*SK_MX[2] - P[6][15]*SK_MX[1] + P[6][16]*SK_MX[5] - P[6][17]*SK_MX[4]); - Kfusion[7] = SK_MX[0]*(P[7][18] + P[7][1]*SH_MAG[0] + P[7][3]*SH_MAG[2] + P[7][0]*SK_MX[3] - P[7][2]*SK_MX[2] - P[7][15]*SK_MX[1] + P[7][16]*SK_MX[5] - P[7][17]*SK_MX[4]); - Kfusion[8] = SK_MX[0]*(P[8][18] + P[8][1]*SH_MAG[0] + P[8][3]*SH_MAG[2] + P[8][0]*SK_MX[3] - P[8][2]*SK_MX[2] - P[8][15]*SK_MX[1] + P[8][16]*SK_MX[5] - P[8][17]*SK_MX[4]); - Kfusion[9] = SK_MX[0]*(P[9][18] + P[9][1]*SH_MAG[0] + P[9][3]*SH_MAG[2] + P[9][0]*SK_MX[3] - P[9][2]*SK_MX[2] - P[9][15]*SK_MX[1] + P[9][16]*SK_MX[5] - P[9][17]*SK_MX[4]); - Kfusion[10] = SK_MX[0]*(P[10][18] + P[10][1]*SH_MAG[0] + P[10][3]*SH_MAG[2] + P[10][0]*SK_MX[3] - P[10][2]*SK_MX[2] - P[10][15]*SK_MX[1] + P[10][16]*SK_MX[5] - P[10][17]*SK_MX[4]); - Kfusion[11] = SK_MX[0]*(P[11][18] + P[11][1]*SH_MAG[0] + P[11][3]*SH_MAG[2] + P[11][0]*SK_MX[3] - P[11][2]*SK_MX[2] - P[11][15]*SK_MX[1] + P[11][16]*SK_MX[5] - P[11][17]*SK_MX[4]); - Kfusion[12] = SK_MX[0]*(P[12][18] + P[12][1]*SH_MAG[0] + P[12][3]*SH_MAG[2] + P[12][0]*SK_MX[3] - P[12][2]*SK_MX[2] - P[12][15]*SK_MX[1] + P[12][16]*SK_MX[5] - P[12][17]*SK_MX[4]); - Kfusion[13] = SK_MX[0]*(P[13][18] + P[13][1]*SH_MAG[0] + P[13][3]*SH_MAG[2] + P[13][0]*SK_MX[3] - P[13][2]*SK_MX[2] - P[13][15]*SK_MX[1] + P[13][16]*SK_MX[5] - P[13][17]*SK_MX[4]); - Kfusion[14] = SK_MX[0]*(P[14][18] + P[14][1]*SH_MAG[0] + P[14][3]*SH_MAG[2] + P[14][0]*SK_MX[3] - P[14][2]*SK_MX[2] - P[14][15]*SK_MX[1] + P[14][16]*SK_MX[5] - P[14][17]*SK_MX[4]); - Kfusion[15] = SK_MX[0]*(P[15][18] + P[15][1]*SH_MAG[0] + P[15][3]*SH_MAG[2] + P[15][0]*SK_MX[3] - P[15][2]*SK_MX[2] - P[15][15]*SK_MX[1] + P[15][16]*SK_MX[5] - P[15][17]*SK_MX[4]); - Kfusion[16] = SK_MX[0]*(P[16][18] + P[16][1]*SH_MAG[0] + P[16][3]*SH_MAG[2] + P[16][0]*SK_MX[3] - P[16][2]*SK_MX[2] - P[16][15]*SK_MX[1] + P[16][16]*SK_MX[5] - P[16][17]*SK_MX[4]); - Kfusion[17] = SK_MX[0]*(P[17][18] + P[17][1]*SH_MAG[0] + P[17][3]*SH_MAG[2] + P[17][0]*SK_MX[3] - P[17][2]*SK_MX[2] - P[17][15]*SK_MX[1] + P[17][16]*SK_MX[5] - P[17][17]*SK_MX[4]); - Kfusion[18] = SK_MX[0]*(P[18][18] + P[18][1]*SH_MAG[0] + P[18][3]*SH_MAG[2] + P[18][0]*SK_MX[3] - P[18][2]*SK_MX[2] - P[18][15]*SK_MX[1] + P[18][16]*SK_MX[5] - P[18][17]*SK_MX[4]); - Kfusion[19] = SK_MX[0]*(P[19][18] + P[19][1]*SH_MAG[0] + P[19][3]*SH_MAG[2] + P[19][0]*SK_MX[3] - P[19][2]*SK_MX[2] - P[19][15]*SK_MX[1] + P[19][16]*SK_MX[5] - P[19][17]*SK_MX[4]); - Kfusion[20] = SK_MX[0]*(P[20][18] + P[20][1]*SH_MAG[0] + P[20][3]*SH_MAG[2] + P[20][0]*SK_MX[3] - P[20][2]*SK_MX[2] - P[20][15]*SK_MX[1] + P[20][16]*SK_MX[5] - P[20][17]*SK_MX[4]); - varInnovMag[0] = 1.0f/SK_MX[0]; - innovMag[0] = MagPred[0] - magData.x; - - // reset the observation index to 0 (we start by fusing the X - // measurement) - obsIndex = 0; - } - else if (obsIndex == 1) // we are now fusing the Y measurement - { - // Calculate observation jacobians - for (unsigned int i=0; i<n_states; i++) H_MAG[i] = 0; - H_MAG[0] = SH_MAG[2]; - H_MAG[1] = SH_MAG[1]; - H_MAG[2] = SH_MAG[0]; - H_MAG[3] = 2*magD*q2 - SH_MAG[8] - SH_MAG[7]; - H_MAG[15] = 2*q1*q2 - 2*q0*q3; - H_MAG[16] = SH_MAG[4] - SH_MAG[3] - SH_MAG[5] + SH_MAG[6]; - H_MAG[17] = 2*q0*q1 + 2*q2*q3; - H_MAG[19] = 1; - - // Calculate Kalman gain - SK_MY[0] = 1/(P[19][19] + R_MAG + P[0][19]*SH_MAG[2] + P[1][19]*SH_MAG[1] + P[2][19]*SH_MAG[0] - P[16][19]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] + SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) - (2*q0*q3 - 2*q1*q2)*(P[19][15] + P[0][15]*SH_MAG[2] + P[1][15]*SH_MAG[1] + P[2][15]*SH_MAG[0] - P[16][15]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] + SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) - P[15][15]*(2*q0*q3 - 2*q1*q2) + P[17][15]*(2*q0*q1 + 2*q2*q3) - P[3][15]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) + (2*q0*q1 + 2*q2*q3)*(P[19][17] + P[0][17]*SH_MAG[2] + P[1][17]*SH_MAG[1] + P[2][17]*SH_MAG[0] - P[16][17]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] + SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) - P[15][17]*(2*q0*q3 - 2*q1*q2) + P[17][17]*(2*q0*q1 + 2*q2*q3) - P[3][17]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) - (SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)*(P[19][3] + P[0][3]*SH_MAG[2] + P[1][3]*SH_MAG[1] + P[2][3]*SH_MAG[0] - P[16][3]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] + SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) - P[15][3]*(2*q0*q3 - 2*q1*q2) + P[17][3]*(2*q0*q1 + 2*q2*q3) - P[3][3]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) - P[15][19]*(2*q0*q3 - 2*q1*q2) + P[17][19]*(2*q0*q1 + 2*q2*q3) + SH_MAG[2]*(P[19][0] + P[0][0]*SH_MAG[2] + P[1][0]*SH_MAG[1] + P[2][0]*SH_MAG[0] - P[16][0]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] + SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) - P[15][0]*(2*q0*q3 - 2*q1*q2) + P[17][0]*(2*q0*q1 + 2*q2*q3) - P[3][0]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) + SH_MAG[1]*(P[19][1] + P[0][1]*SH_MAG[2] + P[1][1]*SH_MAG[1] + P[2][1]*SH_MAG[0] - P[16][1]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] + SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) - P[15][1]*(2*q0*q3 - 2*q1*q2) + P[17][1]*(2*q0*q1 + 2*q2*q3) - P[3][1]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) + SH_MAG[0]*(P[19][2] + P[0][2]*SH_MAG[2] + P[1][2]*SH_MAG[1] + P[2][2]*SH_MAG[0] - P[16][2]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] + SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) - P[15][2]*(2*q0*q3 - 2*q1*q2) + P[17][2]*(2*q0*q1 + 2*q2*q3) - P[3][2]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) - (SH_MAG[3] - SH_MAG[4] + SH_MAG[5] - SH_MAG[6])*(P[19][16] + P[0][16]*SH_MAG[2] + P[1][16]*SH_MAG[1] + P[2][16]*SH_MAG[0] - P[16][16]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] + SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) - P[15][16]*(2*q0*q3 - 2*q1*q2) + P[17][16]*(2*q0*q1 + 2*q2*q3) - P[3][16]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) - P[3][19]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)); - SK_MY[1] = SH_MAG[3] - SH_MAG[4] + SH_MAG[5] - SH_MAG[6]; - SK_MY[2] = SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2; - SK_MY[3] = 2*q0*q3 - 2*q1*q2; - SK_MY[4] = 2*q0*q1 + 2*q2*q3; - Kfusion[0] = SK_MY[0]*(P[0][19] + P[0][0]*SH_MAG[2] + P[0][1]*SH_MAG[1] + P[0][2]*SH_MAG[0] - P[0][3]*SK_MY[2] - P[0][16]*SK_MY[1] - P[0][15]*SK_MY[3] + P[0][17]*SK_MY[4]); - Kfusion[1] = SK_MY[0]*(P[1][19] + P[1][0]*SH_MAG[2] + P[1][1]*SH_MAG[1] + P[1][2]*SH_MAG[0] - P[1][3]*SK_MY[2] - P[1][16]*SK_MY[1] - P[1][15]*SK_MY[3] + P[1][17]*SK_MY[4]); - Kfusion[2] = SK_MY[0]*(P[2][19] + P[2][0]*SH_MAG[2] + P[2][1]*SH_MAG[1] + P[2][2]*SH_MAG[0] - P[2][3]*SK_MY[2] - P[2][16]*SK_MY[1] - P[2][15]*SK_MY[3] + P[2][17]*SK_MY[4]); - Kfusion[3] = SK_MY[0]*(P[3][19] + P[3][0]*SH_MAG[2] + P[3][1]*SH_MAG[1] + P[3][2]*SH_MAG[0] - P[3][3]*SK_MY[2] - P[3][16]*SK_MY[1] - P[3][15]*SK_MY[3] + P[3][17]*SK_MY[4]); - Kfusion[4] = SK_MY[0]*(P[4][19] + P[4][0]*SH_MAG[2] + P[4][1]*SH_MAG[1] + P[4][2]*SH_MAG[0] - P[4][3]*SK_MY[2] - P[4][16]*SK_MY[1] - P[4][15]*SK_MY[3] + P[4][17]*SK_MY[4]); - Kfusion[5] = SK_MY[0]*(P[5][19] + P[5][0]*SH_MAG[2] + P[5][1]*SH_MAG[1] + P[5][2]*SH_MAG[0] - P[5][3]*SK_MY[2] - P[5][16]*SK_MY[1] - P[5][15]*SK_MY[3] + P[5][17]*SK_MY[4]); - Kfusion[6] = SK_MY[0]*(P[6][19] + P[6][0]*SH_MAG[2] + P[6][1]*SH_MAG[1] + P[6][2]*SH_MAG[0] - P[6][3]*SK_MY[2] - P[6][16]*SK_MY[1] - P[6][15]*SK_MY[3] + P[6][17]*SK_MY[4]); - Kfusion[7] = SK_MY[0]*(P[7][19] + P[7][0]*SH_MAG[2] + P[7][1]*SH_MAG[1] + P[7][2]*SH_MAG[0] - P[7][3]*SK_MY[2] - P[7][16]*SK_MY[1] - P[7][15]*SK_MY[3] + P[7][17]*SK_MY[4]); - Kfusion[8] = SK_MY[0]*(P[8][19] + P[8][0]*SH_MAG[2] + P[8][1]*SH_MAG[1] + P[8][2]*SH_MAG[0] - P[8][3]*SK_MY[2] - P[8][16]*SK_MY[1] - P[8][15]*SK_MY[3] + P[8][17]*SK_MY[4]); - Kfusion[9] = SK_MY[0]*(P[9][19] + P[9][0]*SH_MAG[2] + P[9][1]*SH_MAG[1] + P[9][2]*SH_MAG[0] - P[9][3]*SK_MY[2] - P[9][16]*SK_MY[1] - P[9][15]*SK_MY[3] + P[9][17]*SK_MY[4]); - Kfusion[10] = SK_MY[0]*(P[10][19] + P[10][0]*SH_MAG[2] + P[10][1]*SH_MAG[1] + P[10][2]*SH_MAG[0] - P[10][3]*SK_MY[2] - P[10][16]*SK_MY[1] - P[10][15]*SK_MY[3] + P[10][17]*SK_MY[4]); - Kfusion[11] = SK_MY[0]*(P[11][19] + P[11][0]*SH_MAG[2] + P[11][1]*SH_MAG[1] + P[11][2]*SH_MAG[0] - P[11][3]*SK_MY[2] - P[11][16]*SK_MY[1] - P[11][15]*SK_MY[3] + P[11][17]*SK_MY[4]); - Kfusion[12] = SK_MY[0]*(P[12][19] + P[12][0]*SH_MAG[2] + P[12][1]*SH_MAG[1] + P[12][2]*SH_MAG[0] - P[12][3]*SK_MY[2] - P[12][16]*SK_MY[1] - P[12][15]*SK_MY[3] + P[12][17]*SK_MY[4]); - Kfusion[13] = SK_MY[0]*(P[13][19] + P[13][0]*SH_MAG[2] + P[13][1]*SH_MAG[1] + P[13][2]*SH_MAG[0] - P[13][3]*SK_MY[2] - P[13][16]*SK_MY[1] - P[13][15]*SK_MY[3] + P[13][17]*SK_MY[4]); - Kfusion[14] = SK_MY[0]*(P[14][19] + P[14][0]*SH_MAG[2] + P[14][1]*SH_MAG[1] + P[14][2]*SH_MAG[0] - P[14][3]*SK_MY[2] - P[14][16]*SK_MY[1] - P[14][15]*SK_MY[3] + P[14][17]*SK_MY[4]); - Kfusion[15] = SK_MY[0]*(P[15][19] + P[15][0]*SH_MAG[2] + P[15][1]*SH_MAG[1] + P[15][2]*SH_MAG[0] - P[15][3]*SK_MY[2] - P[15][16]*SK_MY[1] - P[15][15]*SK_MY[3] + P[15][17]*SK_MY[4]); - Kfusion[16] = SK_MY[0]*(P[16][19] + P[16][0]*SH_MAG[2] + P[16][1]*SH_MAG[1] + P[16][2]*SH_MAG[0] - P[16][3]*SK_MY[2] - P[16][16]*SK_MY[1] - P[16][15]*SK_MY[3] + P[16][17]*SK_MY[4]); - Kfusion[17] = SK_MY[0]*(P[17][19] + P[17][0]*SH_MAG[2] + P[17][1]*SH_MAG[1] + P[17][2]*SH_MAG[0] - P[17][3]*SK_MY[2] - P[17][16]*SK_MY[1] - P[17][15]*SK_MY[3] + P[17][17]*SK_MY[4]); - Kfusion[18] = SK_MY[0]*(P[18][19] + P[18][0]*SH_MAG[2] + P[18][1]*SH_MAG[1] + P[18][2]*SH_MAG[0] - P[18][3]*SK_MY[2] - P[18][16]*SK_MY[1] - P[18][15]*SK_MY[3] + P[18][17]*SK_MY[4]); - Kfusion[19] = SK_MY[0]*(P[19][19] + P[19][0]*SH_MAG[2] + P[19][1]*SH_MAG[1] + P[19][2]*SH_MAG[0] - P[19][3]*SK_MY[2] - P[19][16]*SK_MY[1] - P[19][15]*SK_MY[3] + P[19][17]*SK_MY[4]); - Kfusion[20] = SK_MY[0]*(P[20][19] + P[20][0]*SH_MAG[2] + P[20][1]*SH_MAG[1] + P[20][2]*SH_MAG[0] - P[20][3]*SK_MY[2] - P[20][16]*SK_MY[1] - P[20][15]*SK_MY[3] + P[20][17]*SK_MY[4]); - varInnovMag[1] = 1.0f/SK_MY[0]; - innovMag[1] = MagPred[1] - magData.y; - } - else if (obsIndex == 2) // we are now fusing the Z measurement - { - // Calculate observation jacobians - for (uint8_t i=0; i<=20; i++) H_MAG[i] = 0; - H_MAG[0] = SH_MAG[1]; - H_MAG[1] = 2*magN*q3 - 2*magE*q0 - 2*magD*q1; - H_MAG[2] = SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2; - H_MAG[3] = SH_MAG[0]; - H_MAG[15] = 2*q0*q2 + 2*q1*q3; - H_MAG[16] = 2*q2*q3 - 2*q0*q1; - H_MAG[17] = SH_MAG[3] - SH_MAG[4] - SH_MAG[5] + SH_MAG[6]; - H_MAG[20] = 1; - - // Calculate Kalman gain - SK_MZ[0] = 1/(P[20][20] + R_MAG + P[0][20]*SH_MAG[1] + P[3][20]*SH_MAG[0] + P[17][20]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] - SH_MAG[5] + SH_MAG[6]) - (2*magD*q1 + 2*magE*q0 - 2*magN*q3)*(P[20][1] + P[0][1]*SH_MAG[1] + P[3][1]*SH_MAG[0] + P[17][1]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] - SH_MAG[5] + SH_MAG[6]) + P[15][1]*(2*q0*q2 + 2*q1*q3) - P[16][1]*(2*q0*q1 - 2*q2*q3) - P[1][1]*(2*magD*q1 + 2*magE*q0 - 2*magN*q3) + P[2][1]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) + (SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)*(P[20][2] + P[0][2]*SH_MAG[1] + P[3][2]*SH_MAG[0] + P[17][2]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] - SH_MAG[5] + SH_MAG[6]) + P[15][2]*(2*q0*q2 + 2*q1*q3) - P[16][2]*(2*q0*q1 - 2*q2*q3) - P[1][2]*(2*magD*q1 + 2*magE*q0 - 2*magN*q3) + P[2][2]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) + SH_MAG[1]*(P[20][0] + P[0][0]*SH_MAG[1] + P[3][0]*SH_MAG[0] + P[17][0]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] - SH_MAG[5] + SH_MAG[6]) + P[15][0]*(2*q0*q2 + 2*q1*q3) - P[16][0]*(2*q0*q1 - 2*q2*q3) - P[1][0]*(2*magD*q1 + 2*magE*q0 - 2*magN*q3) + P[2][0]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) + SH_MAG[0]*(P[20][3] + P[0][3]*SH_MAG[1] + P[3][3]*SH_MAG[0] + P[17][3]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] - SH_MAG[5] + SH_MAG[6]) + P[15][3]*(2*q0*q2 + 2*q1*q3) - P[16][3]*(2*q0*q1 - 2*q2*q3) - P[1][3]*(2*magD*q1 + 2*magE*q0 - 2*magN*q3) + P[2][3]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) + (SH_MAG[3] - SH_MAG[4] - SH_MAG[5] + SH_MAG[6])*(P[20][17] + P[0][17]*SH_MAG[1] + P[3][17]*SH_MAG[0] + P[17][17]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] - SH_MAG[5] + SH_MAG[6]) + P[15][17]*(2*q0*q2 + 2*q1*q3) - P[16][17]*(2*q0*q1 - 2*q2*q3) - P[1][17]*(2*magD*q1 + 2*magE*q0 - 2*magN*q3) + P[2][17]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) + P[15][20]*(2*q0*q2 + 2*q1*q3) - P[16][20]*(2*q0*q1 - 2*q2*q3) - P[1][20]*(2*magD*q1 + 2*magE*q0 - 2*magN*q3) + (2*q0*q2 + 2*q1*q3)*(P[20][15] + P[0][15]*SH_MAG[1] + P[3][15]*SH_MAG[0] + P[17][15]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] - SH_MAG[5] + SH_MAG[6]) + P[15][15]*(2*q0*q2 + 2*q1*q3) - P[16][15]*(2*q0*q1 - 2*q2*q3) - P[1][15]*(2*magD*q1 + 2*magE*q0 - 2*magN*q3) + P[2][15]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) - (2*q0*q1 - 2*q2*q3)*(P[20][16] + P[0][16]*SH_MAG[1] + P[3][16]*SH_MAG[0] + P[17][16]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] - SH_MAG[5] + SH_MAG[6]) + P[15][16]*(2*q0*q2 + 2*q1*q3) - P[16][16]*(2*q0*q1 - 2*q2*q3) - P[1][16]*(2*magD*q1 + 2*magE*q0 - 2*magN*q3) + P[2][16]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) + P[2][20]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)); - SK_MZ[1] = SH_MAG[3] - SH_MAG[4] - SH_MAG[5] + SH_MAG[6]; - SK_MZ[2] = 2*magD*q1 + 2*magE*q0 - 2*magN*q3; - SK_MZ[3] = SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2; - SK_MZ[4] = 2*q0*q1 - 2*q2*q3; - SK_MZ[5] = 2*q0*q2 + 2*q1*q3; - Kfusion[0] = SK_MZ[0]*(P[0][20] + P[0][0]*SH_MAG[1] + P[0][3]*SH_MAG[0] - P[0][1]*SK_MZ[2] + P[0][2]*SK_MZ[3] + P[0][17]*SK_MZ[1] + P[0][15]*SK_MZ[5] - P[0][16]*SK_MZ[4]); - Kfusion[1] = SK_MZ[0]*(P[1][20] + P[1][0]*SH_MAG[1] + P[1][3]*SH_MAG[0] - P[1][1]*SK_MZ[2] + P[1][2]*SK_MZ[3] + P[1][17]*SK_MZ[1] + P[1][15]*SK_MZ[5] - P[1][16]*SK_MZ[4]); - Kfusion[2] = SK_MZ[0]*(P[2][20] + P[2][0]*SH_MAG[1] + P[2][3]*SH_MAG[0] - P[2][1]*SK_MZ[2] + P[2][2]*SK_MZ[3] + P[2][17]*SK_MZ[1] + P[2][15]*SK_MZ[5] - P[2][16]*SK_MZ[4]); - Kfusion[3] = SK_MZ[0]*(P[3][20] + P[3][0]*SH_MAG[1] + P[3][3]*SH_MAG[0] - P[3][1]*SK_MZ[2] + P[3][2]*SK_MZ[3] + P[3][17]*SK_MZ[1] + P[3][15]*SK_MZ[5] - P[3][16]*SK_MZ[4]); - Kfusion[4] = SK_MZ[0]*(P[4][20] + P[4][0]*SH_MAG[1] + P[4][3]*SH_MAG[0] - P[4][1]*SK_MZ[2] + P[4][2]*SK_MZ[3] + P[4][17]*SK_MZ[1] + P[4][15]*SK_MZ[5] - P[4][16]*SK_MZ[4]); - Kfusion[5] = SK_MZ[0]*(P[5][20] + P[5][0]*SH_MAG[1] + P[5][3]*SH_MAG[0] - P[5][1]*SK_MZ[2] + P[5][2]*SK_MZ[3] + P[5][17]*SK_MZ[1] + P[5][15]*SK_MZ[5] - P[5][16]*SK_MZ[4]); - Kfusion[6] = SK_MZ[0]*(P[6][20] + P[6][0]*SH_MAG[1] + P[6][3]*SH_MAG[0] - P[6][1]*SK_MZ[2] + P[6][2]*SK_MZ[3] + P[6][17]*SK_MZ[1] + P[6][15]*SK_MZ[5] - P[6][16]*SK_MZ[4]); - Kfusion[7] = SK_MZ[0]*(P[7][20] + P[7][0]*SH_MAG[1] + P[7][3]*SH_MAG[0] - P[7][1]*SK_MZ[2] + P[7][2]*SK_MZ[3] + P[7][17]*SK_MZ[1] + P[7][15]*SK_MZ[5] - P[7][16]*SK_MZ[4]); - Kfusion[8] = SK_MZ[0]*(P[8][20] + P[8][0]*SH_MAG[1] + P[8][3]*SH_MAG[0] - P[8][1]*SK_MZ[2] + P[8][2]*SK_MZ[3] + P[8][17]*SK_MZ[1] + P[8][15]*SK_MZ[5] - P[8][16]*SK_MZ[4]); - Kfusion[9] = SK_MZ[0]*(P[9][20] + P[9][0]*SH_MAG[1] + P[9][3]*SH_MAG[0] - P[9][1]*SK_MZ[2] + P[9][2]*SK_MZ[3] + P[9][17]*SK_MZ[1] + P[9][15]*SK_MZ[5] - P[9][16]*SK_MZ[4]); - Kfusion[10] = SK_MZ[0]*(P[10][20] + P[10][0]*SH_MAG[1] + P[10][3]*SH_MAG[0] - P[10][1]*SK_MZ[2] + P[10][2]*SK_MZ[3] + P[10][17]*SK_MZ[1] + P[10][15]*SK_MZ[5] - P[10][16]*SK_MZ[4]); - Kfusion[11] = SK_MZ[0]*(P[11][20] + P[11][0]*SH_MAG[1] + P[11][3]*SH_MAG[0] - P[11][1]*SK_MZ[2] + P[11][2]*SK_MZ[3] + P[11][17]*SK_MZ[1] + P[11][15]*SK_MZ[5] - P[11][16]*SK_MZ[4]); - Kfusion[12] = SK_MZ[0]*(P[12][20] + P[12][0]*SH_MAG[1] + P[12][3]*SH_MAG[0] - P[12][1]*SK_MZ[2] + P[12][2]*SK_MZ[3] + P[12][17]*SK_MZ[1] + P[12][15]*SK_MZ[5] - P[12][16]*SK_MZ[4]); - Kfusion[13] = SK_MZ[0]*(P[13][20] + P[13][0]*SH_MAG[1] + P[13][3]*SH_MAG[0] - P[13][1]*SK_MZ[2] + P[13][2]*SK_MZ[3] + P[13][17]*SK_MZ[1] + P[13][15]*SK_MZ[5] - P[13][16]*SK_MZ[4]); - Kfusion[14] = SK_MZ[0]*(P[14][20] + P[14][0]*SH_MAG[1] + P[14][3]*SH_MAG[0] - P[14][1]*SK_MZ[2] + P[14][2]*SK_MZ[3] + P[14][17]*SK_MZ[1] + P[14][15]*SK_MZ[5] - P[14][16]*SK_MZ[4]); - Kfusion[15] = SK_MZ[0]*(P[15][20] + P[15][0]*SH_MAG[1] + P[15][3]*SH_MAG[0] - P[15][1]*SK_MZ[2] + P[15][2]*SK_MZ[3] + P[15][17]*SK_MZ[1] + P[15][15]*SK_MZ[5] - P[15][16]*SK_MZ[4]); - Kfusion[16] = SK_MZ[0]*(P[16][20] + P[16][0]*SH_MAG[1] + P[16][3]*SH_MAG[0] - P[16][1]*SK_MZ[2] + P[16][2]*SK_MZ[3] + P[16][17]*SK_MZ[1] + P[16][15]*SK_MZ[5] - P[16][16]*SK_MZ[4]); - Kfusion[17] = SK_MZ[0]*(P[17][20] + P[17][0]*SH_MAG[1] + P[17][3]*SH_MAG[0] - P[17][1]*SK_MZ[2] + P[17][2]*SK_MZ[3] + P[17][17]*SK_MZ[1] + P[17][15]*SK_MZ[5] - P[17][16]*SK_MZ[4]); - Kfusion[18] = SK_MZ[0]*(P[18][20] + P[18][0]*SH_MAG[1] + P[18][3]*SH_MAG[0] - P[18][1]*SK_MZ[2] + P[18][2]*SK_MZ[3] + P[18][17]*SK_MZ[1] + P[18][15]*SK_MZ[5] - P[18][16]*SK_MZ[4]); - Kfusion[19] = SK_MZ[0]*(P[19][20] + P[19][0]*SH_MAG[1] + P[19][3]*SH_MAG[0] - P[19][1]*SK_MZ[2] + P[19][2]*SK_MZ[3] + P[19][17]*SK_MZ[1] + P[19][15]*SK_MZ[5] - P[19][16]*SK_MZ[4]); - Kfusion[20] = SK_MZ[0]*(P[20][20] + P[20][0]*SH_MAG[1] + P[20][3]*SH_MAG[0] - P[20][1]*SK_MZ[2] + P[20][2]*SK_MZ[3] + P[20][17]*SK_MZ[1] + P[20][15]*SK_MZ[5] - P[20][16]*SK_MZ[4]); - varInnovMag[2] = 1.0f/SK_MZ[0]; - innovMag[2] = MagPred[2] - magData.z; - - } - - // Check the innovation for consistency and don't fuse if > 5Sigma - if ((innovMag[obsIndex]*innovMag[obsIndex]/varInnovMag[obsIndex]) < 25.0) - { - // correct the state vector - for (uint8_t j= 0; j<=indexLimit; j++) - { - states[j] = states[j] - Kfusion[j] * innovMag[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<=indexLimit; i++) - { - for (uint8_t j = 0; j<=3; j++) - { - KH[i][j] = Kfusion[i] * H_MAG[j]; - } - for (uint8_t j = 4; j<=17; j++) KH[i][j] = 0.0f; - if (!onGround) - { - for (uint8_t j = 15; j<=20; j++) - { - KH[i][j] = Kfusion[i] * H_MAG[j]; - } - } - else - { - for (uint8_t j = 15; j<=20; j++) - { - KH[i][j] = 0.0f; - } - } - } - for (uint8_t i = 0; i<=indexLimit; i++) - { - for (uint8_t j = 0; j<=indexLimit; j++) - { - KHP[i][j] = 0.0f; - for (uint8_t k = 0; k<=3; k++) - { - KHP[i][j] = KHP[i][j] + KH[i][k] * P[k][j]; - } - if (!onGround) - { - for (uint8_t k = 15; k<=20; k++) - { - KHP[i][j] = KHP[i][j] + KH[i][k] * P[k][j]; - } - } - } - } - } - for (uint8_t i = 0; i<=indexLimit; i++) - { - for (uint8_t j = 0; j<=indexLimit; j++) - { - P[i][j] = P[i][j] - KHP[i][j]; - } - } - } - obsIndex = obsIndex + 1; - - ForceSymmetry(); - ConstrainVariances(); -} - -void AttPosEKF::FuseAirspeed() -{ - float vn; - float ve; - float vd; - float vwn; - float vwe; - const float R_TAS = 2.0f; - float SH_TAS[3]; - float Kfusion[21]; - float VtasPred; - - // Copy required states to local variable names - vn = statesAtVtasMeasTime[4]; - ve = statesAtVtasMeasTime[5]; - vd = statesAtVtasMeasTime[6]; - vwn = statesAtVtasMeasTime[13]; - vwe = statesAtVtasMeasTime[14]; - - // Need to check that it is flying before fusing airspeed data - // Calculate the predicted airspeed - VtasPred = sqrtf((ve - vwe)*(ve - vwe) + (vn - vwn)*(vn - vwn) + vd*vd); - // Perform fusion of True Airspeed measurement - if (useAirspeed && fuseVtasData && (VtasPred > 1.0f) && (VtasMeas > 8.0f)) - { - // Calculate observation jacobians - SH_TAS[0] = 1/(sqrt(sq(ve - vwe) + sq(vn - vwn) + sq(vd))); - SH_TAS[1] = (SH_TAS[0]*(2.0f*ve - 2*vwe))/2.0f; - SH_TAS[2] = (SH_TAS[0]*(2.0f*vn - 2*vwn))/2.0f; - - float H_TAS[21]; - for (uint8_t i=0; i<=20; i++) H_TAS[i] = 0.0f; - H_TAS[4] = SH_TAS[2]; - H_TAS[5] = SH_TAS[1]; - H_TAS[6] = vd*SH_TAS[0]; - H_TAS[13] = -SH_TAS[2]; - H_TAS[14] = -SH_TAS[1]; - - // Calculate Kalman gains - float SK_TAS = 1.0f/(R_TAS + SH_TAS[2]*(P[4][4]*SH_TAS[2] + P[5][4]*SH_TAS[1] - P[13][4]*SH_TAS[2] - P[14][4]*SH_TAS[1] + P[6][4]*vd*SH_TAS[0]) + SH_TAS[1]*(P[4][5]*SH_TAS[2] + P[5][5]*SH_TAS[1] - P[13][5]*SH_TAS[2] - P[14][5]*SH_TAS[1] + P[6][5]*vd*SH_TAS[0]) - SH_TAS[2]*(P[4][13]*SH_TAS[2] + P[5][13]*SH_TAS[1] - P[13][13]*SH_TAS[2] - P[14][13]*SH_TAS[1] + P[6][13]*vd*SH_TAS[0]) - SH_TAS[1]*(P[4][14]*SH_TAS[2] + P[5][14]*SH_TAS[1] - P[13][14]*SH_TAS[2] - P[14][14]*SH_TAS[1] + P[6][14]*vd*SH_TAS[0]) + vd*SH_TAS[0]*(P[4][6]*SH_TAS[2] + P[5][6]*SH_TAS[1] - P[13][6]*SH_TAS[2] - P[14][6]*SH_TAS[1] + P[6][6]*vd*SH_TAS[0])); - Kfusion[0] = SK_TAS*(P[0][4]*SH_TAS[2] - P[0][13]*SH_TAS[2] + P[0][5]*SH_TAS[1] - P[0][14]*SH_TAS[1] + P[0][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[1] = SK_TAS*(P[1][4]*SH_TAS[2] - P[1][13]*SH_TAS[2] + P[1][5]*SH_TAS[1] - P[1][14]*SH_TAS[1] + P[1][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[2] = SK_TAS*(P[2][4]*SH_TAS[2] - P[2][13]*SH_TAS[2] + P[2][5]*SH_TAS[1] - P[2][14]*SH_TAS[1] + P[2][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[3] = SK_TAS*(P[3][4]*SH_TAS[2] - P[3][13]*SH_TAS[2] + P[3][5]*SH_TAS[1] - P[3][14]*SH_TAS[1] + P[3][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[4] = SK_TAS*(P[4][4]*SH_TAS[2] - P[4][13]*SH_TAS[2] + P[4][5]*SH_TAS[1] - P[4][14]*SH_TAS[1] + P[4][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[5] = SK_TAS*(P[5][4]*SH_TAS[2] - P[5][13]*SH_TAS[2] + P[5][5]*SH_TAS[1] - P[5][14]*SH_TAS[1] + P[5][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[6] = SK_TAS*(P[6][4]*SH_TAS[2] - P[6][13]*SH_TAS[2] + P[6][5]*SH_TAS[1] - P[6][14]*SH_TAS[1] + P[6][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[7] = SK_TAS*(P[7][4]*SH_TAS[2] - P[7][13]*SH_TAS[2] + P[7][5]*SH_TAS[1] - P[7][14]*SH_TAS[1] + P[7][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[8] = SK_TAS*(P[8][4]*SH_TAS[2] - P[8][13]*SH_TAS[2] + P[8][5]*SH_TAS[1] - P[8][14]*SH_TAS[1] + P[8][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[9] = SK_TAS*(P[9][4]*SH_TAS[2] - P[9][13]*SH_TAS[2] + P[9][5]*SH_TAS[1] - P[9][14]*SH_TAS[1] + P[9][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[10] = SK_TAS*(P[10][4]*SH_TAS[2] - P[10][13]*SH_TAS[2] + P[10][5]*SH_TAS[1] - P[10][14]*SH_TAS[1] + P[10][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[11] = SK_TAS*(P[11][4]*SH_TAS[2] - P[11][13]*SH_TAS[2] + P[11][5]*SH_TAS[1] - P[11][14]*SH_TAS[1] + P[11][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[12] = SK_TAS*(P[12][4]*SH_TAS[2] - P[12][13]*SH_TAS[2] + P[12][5]*SH_TAS[1] - P[12][14]*SH_TAS[1] + P[12][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[13] = SK_TAS*(P[13][4]*SH_TAS[2] - P[13][13]*SH_TAS[2] + P[13][5]*SH_TAS[1] - P[13][14]*SH_TAS[1] + P[13][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[14] = SK_TAS*(P[14][4]*SH_TAS[2] - P[14][13]*SH_TAS[2] + P[14][5]*SH_TAS[1] - P[14][14]*SH_TAS[1] + P[14][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[15] = SK_TAS*(P[15][4]*SH_TAS[2] - P[15][13]*SH_TAS[2] + P[15][5]*SH_TAS[1] - P[15][14]*SH_TAS[1] + P[15][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[16] = SK_TAS*(P[16][4]*SH_TAS[2] - P[16][13]*SH_TAS[2] + P[16][5]*SH_TAS[1] - P[16][14]*SH_TAS[1] + P[16][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[17] = SK_TAS*(P[17][4]*SH_TAS[2] - P[17][13]*SH_TAS[2] + P[17][5]*SH_TAS[1] - P[17][14]*SH_TAS[1] + P[17][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[18] = SK_TAS*(P[18][4]*SH_TAS[2] - P[18][13]*SH_TAS[2] + P[18][5]*SH_TAS[1] - P[18][14]*SH_TAS[1] + P[18][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[19] = SK_TAS*(P[19][4]*SH_TAS[2] - P[19][13]*SH_TAS[2] + P[19][5]*SH_TAS[1] - P[19][14]*SH_TAS[1] + P[19][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[20] = SK_TAS*(P[20][4]*SH_TAS[2] - P[20][13]*SH_TAS[2] + P[20][5]*SH_TAS[1] - P[20][14]*SH_TAS[1] + P[20][6]*vd*SH_TAS[0]); - varInnovVtas = 1.0f/SK_TAS; - - // Calculate the measurement innovation - innovVtas = VtasPred - VtasMeas; - // Check the innovation for consistency and don't fuse if > 5Sigma - if ((innovVtas*innovVtas*SK_TAS) < 25.0) - { - // correct the state vector - for (uint8_t j=0; j<=20; j++) - { - states[j] = states[j] - Kfusion[j] * innovVtas; - } - // 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-12f) - { - 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 H to reduce the - // number of operations - for (uint8_t i = 0; i<=20; i++) - { - for (uint8_t j = 0; j<=3; j++) KH[i][j] = 0.0; - for (uint8_t j = 4; j<=6; j++) - { - KH[i][j] = Kfusion[i] * H_TAS[j]; - } - for (uint8_t j = 7; j<=12; j++) KH[i][j] = 0.0; - for (uint8_t j = 13; j<=14; j++) - { - KH[i][j] = Kfusion[i] * H_TAS[j]; - } - for (uint8_t j = 15; j<=20; j++) KH[i][j] = 0.0; - } - for (uint8_t i = 0; i<=20; i++) - { - for (uint8_t j = 0; j<=20; j++) - { - KHP[i][j] = 0.0; - for (uint8_t k = 4; k<=6; k++) - { - KHP[i][j] = KHP[i][j] + KH[i][k] * P[k][j]; - } - for (uint8_t k = 13; k<=14; k++) - { - KHP[i][j] = KHP[i][j] + KH[i][k] * P[k][j]; - } - } - } - for (uint8_t i = 0; i<=20; i++) - { - for (uint8_t j = 0; j<=20; j++) - { - P[i][j] = P[i][j] - KHP[i][j]; - } - } - } - } - - 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; - uint8_t col; - for (col=first; col<=last; col++) - { - for (row=0; row < n_states; row++) - { - covMat[row][col] = 0.0; - } - } -} - -float AttPosEKF::sq(float valIn) -{ - return valIn*valIn; -} - -// Store states in a history array along with time stamp -void AttPosEKF::StoreStates(uint64_t timestamp_ms) -{ - for (unsigned i=0; i<n_states; i++) - storedStates[i][storeIndex] = states[i]; - statetimeStamp[storeIndex] = timestamp_ms; - storeIndex++; - if (storeIndex == data_buffer_size) - storeIndex = 0; -} - -void AttPosEKF::ResetStoredStates() -{ - // reset all stored states - memset(&storedStates[0][0], 0, sizeof(storedStates)); - memset(&statetimeStamp[0], 0, sizeof(statetimeStamp)); - - // reset store index to first - storeIndex = 0; - - // overwrite all existing states - for (unsigned i = 0; i < n_states; i++) { - storedStates[i][storeIndex] = states[i]; - } - - statetimeStamp[storeIndex] = millis(); - - // increment to next storage index - storeIndex++; -} - -// Output the state vector stored at the time that best matches that specified by msec -int AttPosEKF::RecallStates(float statesForFusion[n_states], uint64_t msec) -{ - int ret = 0; - - // int64_t bestTimeDelta = 200; - // unsigned bestStoreIndex = 0; - // for (unsigned storeIndex = 0; storeIndex < data_buffer_size; storeIndex++) - // { - // // The time delta can also end up as negative number, - // // since we might compare future to past or past to future - // // therefore cast to int64. - // int64_t timeDelta = (int64_t)msec - (int64_t)statetimeStamp[storeIndex]; - // if (timeDelta < 0) { - // timeDelta = -timeDelta; - // } - - // if (timeDelta < bestTimeDelta) - // { - // bestStoreIndex = storeIndex; - // bestTimeDelta = timeDelta; - // } - // } - // if (bestTimeDelta < 200) // only output stored state if < 200 msec retrieval error - // { - // for (uint8_t i=0; i < n_states; i++) { - // if (isfinite(storedStates[i][bestStoreIndex])) { - // statesForFusion[i] = storedStates[i][bestStoreIndex]; - // } else if (isfinite(states[i])) { - // statesForFusion[i] = states[i]; - // } else { - // // There is not much we can do here, except reporting the error we just - // // found. - // ret++; - // } - // } - // else // otherwise output current state - // { - for (uint8_t i=0; i < n_states; i++) { - if (isfinite(states[i])) { - statesForFusion[i] = states[i]; - } else { - ret++; - } - } - // } - - return ret; -} - -void AttPosEKF::quat2Tnb(Mat3f &Tnb, const float (&quat)[4]) -{ - // Calculate the nav to body cosine matrix - float q00 = sq(quat[0]); - float q11 = sq(quat[1]); - float q22 = sq(quat[2]); - float q33 = sq(quat[3]); - float q01 = quat[0]*quat[1]; - float q02 = quat[0]*quat[2]; - float q03 = quat[0]*quat[3]; - float q12 = quat[1]*quat[2]; - float q13 = quat[1]*quat[3]; - float q23 = quat[2]*quat[3]; - - Tnb.x.x = q00 + q11 - q22 - q33; - Tnb.y.y = q00 - q11 + q22 - q33; - Tnb.z.z = q00 - q11 - q22 + q33; - Tnb.y.x = 2*(q12 - q03); - Tnb.z.x = 2*(q13 + q02); - Tnb.x.y = 2*(q12 + q03); - Tnb.z.y = 2*(q23 - q01); - Tnb.x.z = 2*(q13 - q02); - Tnb.y.z = 2*(q23 + q01); -} - -void AttPosEKF::quat2Tbn(Mat3f &Tbn, const float (&quat)[4]) -{ - // Calculate the body to nav cosine matrix - float q00 = sq(quat[0]); - float q11 = sq(quat[1]); - float q22 = sq(quat[2]); - float q33 = sq(quat[3]); - float q01 = quat[0]*quat[1]; - float q02 = quat[0]*quat[2]; - float q03 = quat[0]*quat[3]; - float q12 = quat[1]*quat[2]; - float q13 = quat[1]*quat[3]; - float q23 = quat[2]*quat[3]; - - Tbn.x.x = q00 + q11 - q22 - q33; - Tbn.y.y = q00 - q11 + q22 - q33; - Tbn.z.z = q00 - q11 - q22 + q33; - Tbn.x.y = 2*(q12 - q03); - Tbn.x.z = 2*(q13 + q02); - Tbn.y.x = 2*(q12 + q03); - Tbn.y.z = 2*(q23 - q01); - Tbn.z.x = 2*(q13 - q02); - Tbn.z.y = 2*(q23 + q01); -} - -void AttPosEKF::eul2quat(float (&quat)[4], const float (&eul)[3]) -{ - float u1 = cos(0.5f*eul[0]); - float u2 = cos(0.5f*eul[1]); - float u3 = cos(0.5f*eul[2]); - float u4 = sin(0.5f*eul[0]); - float u5 = sin(0.5f*eul[1]); - float u6 = sin(0.5f*eul[2]); - quat[0] = u1*u2*u3+u4*u5*u6; - quat[1] = u4*u2*u3-u1*u5*u6; - quat[2] = u1*u5*u3+u4*u2*u6; - quat[3] = u1*u2*u6-u4*u5*u3; -} - -void AttPosEKF::quat2eul(float (&y)[3], const float (&u)[4]) -{ - y[0] = atan2f((2.0f*(u[2]*u[3]+u[0]*u[1])) , (u[0]*u[0]-u[1]*u[1]-u[2]*u[2]+u[3]*u[3])); - y[1] = -asinf(2.0f*(u[1]*u[3]-u[0]*u[2])); - y[2] = atan2f((2.0f*(u[1]*u[2]+u[0]*u[3])) , (u[0]*u[0]+u[1]*u[1]-u[2]*u[2]-u[3]*u[3])); -} - -void AttPosEKF::calcvelNED(float (&velNED)[3], float gpsCourse, float gpsGndSpd, float gpsVelD) -{ - velNED[0] = gpsGndSpd*cosf(gpsCourse); - velNED[1] = gpsGndSpd*sinf(gpsCourse); - velNED[2] = gpsVelD; -} - -void AttPosEKF::calcposNED(float (&posNED)[3], float lat, float lon, float hgt, float latRef, float lonRef, float hgtRef) -{ - posNED[0] = earthRadius * (lat - latRef); - posNED[1] = earthRadius * cos(latRef) * (lon - lonRef); - posNED[2] = -(hgt - hgtRef); -} - -void AttPosEKF::calcLLH(float (&posNED)[3], float lat, float lon, float hgt, float latRef, float lonRef, float hgtRef) -{ - lat = latRef + posNED[0] * earthRadiusInv; - lon = lonRef + posNED[1] * earthRadiusInv / cos(latRef); - hgt = hgtRef - posNED[2]; -} - -void AttPosEKF::OnGroundCheck() -{ - onGround = (((sq(velNED[0]) + sq(velNED[1]) + sq(velNED[2])) < 4.0f) && (VtasMeas < 8.0f)); - if (staticMode) { - staticMode = !(GPSstatus > GPS_FIX_2D); - } -} - -void AttPosEKF::calcEarthRateNED(Vector3f &omega, float latitude) -{ - //Define Earth rotation vector in the NED navigation frame - omega.x = earthRate*cosf(latitude); - omega.y = 0.0f; - omega.z = -earthRate*sinf(latitude); -} - -void AttPosEKF::CovarianceInit() -{ - // Calculate the initial covariance matrix P - P[0][0] = 0.25f * sq(1.0f*deg2rad); - P[1][1] = 0.25f * sq(1.0f*deg2rad); - P[2][2] = 0.25f * sq(1.0f*deg2rad); - P[3][3] = 0.25f * sq(10.0f*deg2rad); - P[4][4] = sq(0.7); - P[5][5] = P[4][4]; - P[6][6] = sq(0.7); - P[7][7] = sq(15.0); - P[8][8] = P[7][7]; - P[9][9] = sq(5.0); - P[10][10] = sq(0.1*deg2rad*dtIMU); - P[11][11] = P[10][10]; - P[12][12] = P[10][10]; - P[13][13] = sq(8.0f); - P[14][4] = P[13][13]; - P[15][15] = sq(0.02f); - P[16][16] = P[15][15]; - P[17][17] = P[15][15]; - P[18][18] = sq(0.02f); - P[19][19] = P[18][18]; - P[20][20] = P[18][18]; -} - -float AttPosEKF::ConstrainFloat(float val, float min, float max) -{ - return (val > max) ? max : ((val < min) ? min : val); -} - -void AttPosEKF::ConstrainVariances() -{ - if (!numericalProtection) { - return; - } - - // State vector: - // 0-3: quaternions (q0, q1, q2, q3) - // 4-6: Velocity - m/sec (North, East, Down) - // 7-9: Position - m (North, East, Down) - // 10-12: Delta Angle bias - rad (X,Y,Z) - // 13-14: Wind Vector - m/sec (North,East) - // 15-17: Earth Magnetic Field Vector - gauss (North, East, Down) - // 18-20: Body Magnetic Field Vector - gauss (X,Y,Z) - - // Constrain quaternion variances - for (unsigned i = 0; i < 4; i++) { - P[i][i] = ConstrainFloat(P[i][i], 0.0f, 1.0f); - } - - // Constrain velocitie variances - for (unsigned i = 4; i < 7; i++) { - P[i][i] = ConstrainFloat(P[i][i], 0.0f, 1.0e3f); - } - - // Constrain position variances - for (unsigned i = 7; i < 10; i++) { - P[i][i] = ConstrainFloat(P[i][i], 0.0f, 1.0e6f); - } - - // Angle bias variances - for (unsigned i = 10; i < 13; i++) { - P[i][i] = ConstrainFloat(P[i][i], 0.0f, sq(0.175f * dtIMU)); - } - - // Wind velocity variances - for (unsigned i = 13; i < 15; i++) { - P[i][i] = ConstrainFloat(P[i][i], 0.0f, 1.0e3f); - } - - // Earth magnetic field variances - for (unsigned i = 15; i < 18; i++) { - P[i][i] = ConstrainFloat(P[i][i], 0.0f, 1.0f); - } - - // Body magnetic field variances - for (unsigned i = 18; i < 21; i++) { - P[i][i] = ConstrainFloat(P[i][i], 0.0f, 1.0f); - } - -} - -void AttPosEKF::ConstrainStates() -{ - if (!numericalProtection) { - return; - } - - // State vector: - // 0-3: quaternions (q0, q1, q2, q3) - // 4-6: Velocity - m/sec (North, East, Down) - // 7-9: Position - m (North, East, Down) - // 10-12: Delta Angle bias - rad (X,Y,Z) - // 13-14: Wind Vector - m/sec (North,East) - // 15-17: Earth Magnetic Field Vector - gauss (North, East, Down) - // 18-20: Body Magnetic Field Vector - gauss (X,Y,Z) - - - // Constrain quaternion - for (unsigned i = 0; i < 4; i++) { - states[i] = ConstrainFloat(states[i], -1.0f, 1.0f); - } - - // Constrain velocities to what GPS can do for us - for (unsigned i = 4; i < 7; i++) { - states[i] = ConstrainFloat(states[i], -5.0e2f, 5.0e2f); - } - - // Constrain position to a reasonable vehicle range (in meters) - for (unsigned i = 7; i < 9; i++) { - states[i] = ConstrainFloat(states[i], -1.0e6f, 1.0e6f); - } - - // Constrain altitude - states[9] = ConstrainFloat(states[9], -4.0e4f, 1.0e4f); - - // Angle bias limit - set to 8 degrees / sec - for (unsigned i = 10; i < 13; i++) { - states[i] = ConstrainFloat(states[i], -0.12f * dtIMU, 0.12f * dtIMU); - } - - // Wind velocity limits - assume 120 m/s max velocity - for (unsigned i = 13; i < 15; i++) { - states[i] = ConstrainFloat(states[i], -120.0f, 120.0f); - } - - // Earth magnetic field limits (in Gauss) - for (unsigned i = 15; i < 18; i++) { - states[i] = ConstrainFloat(states[i], -1.0f, 1.0f); - } - - // Body magnetic field variances (in Gauss). - // the max offset should be in this range. - for (unsigned i = 18; i < 21; i++) { - states[i] = ConstrainFloat(states[i], -0.5f, 0.5f); - } - -} - -void AttPosEKF::ForceSymmetry() -{ - if (!numericalProtection) { - return; - } - - // Force symmetry on the covariance matrix to prevent ill-conditioning - // of the matrix which would cause the filter to blow-up - for (unsigned i = 1; i < n_states; i++) - { - for (uint8_t j = 0; j < i; j++) - { - P[i][j] = 0.5f * (P[i][j] + P[j][i]); - P[j][i] = P[i][j]; - } - } -} - -bool AttPosEKF::FilterHealthy() -{ - if (!statesInitialised) { - return false; - } - - // XXX Check state vector for NaNs and ill-conditioning - - // Check if any of the major inputs timed out - if (current_ekf_state.posTimeout || current_ekf_state.velTimeout || current_ekf_state.hgtTimeout) { - return false; - } - - // Nothing fired, return ok. - return true; -} - -/** - * Reset the filter position states - * - * This resets the position to the last GPS measurement - * or to zero in case of static position. - */ -void AttPosEKF::ResetPosition(void) -{ - if (staticMode) { - states[7] = 0; - states[8] = 0; - } else if (GPSstatus >= GPS_FIX_3D) { - - // reset the states from the GPS measurements - states[7] = posNE[0]; - states[8] = posNE[1]; - } -} - -/** - * Reset the height state. - * - * This resets the height state with the last altitude measurements - */ -void AttPosEKF::ResetHeight(void) -{ - // write to the state vector - states[9] = -hgtMea; -} - -/** - * Reset the velocity state. - */ -void AttPosEKF::ResetVelocity(void) -{ - if (staticMode) { - states[4] = 0.0f; - states[5] = 0.0f; - states[6] = 0.0f; - } else if (GPSstatus >= GPS_FIX_3D) { - - states[4] = velNED[0]; // north velocity from last reading - states[5] = velNED[1]; // east velocity from last reading - states[6] = velNED[2]; // down velocity from last reading - } -} - - -void AttPosEKF::FillErrorReport(struct ekf_status_report *err) -{ - for (int i = 0; i < n_states; i++) - { - err->states[i] = states[i]; - } - - err->velHealth = current_ekf_state.velHealth; - err->posHealth = current_ekf_state.posHealth; - err->hgtHealth = current_ekf_state.hgtHealth; - err->velTimeout = current_ekf_state.velTimeout; - err->posTimeout = current_ekf_state.posTimeout; - err->hgtTimeout = current_ekf_state.hgtTimeout; -} - -bool AttPosEKF::StatesNaN(struct ekf_status_report *err_report) { - bool err = false; - - // check all states and covariance matrices - for (unsigned i = 0; i < n_states; i++) { - for (unsigned j = 0; j < n_states; j++) { - if (!isfinite(KH[i][j])) { - - err_report->covarianceNaN = true; - err = true; - } // intermediate result used for covariance updates - if (!isfinite(KHP[i][j])) { - - err_report->covarianceNaN = true; - err = true; - } // intermediate result used for covariance updates - if (!isfinite(P[i][j])) { - - err_report->covarianceNaN = true; - err = true; - } // covariance matrix - } - - if (!isfinite(Kfusion[i])) { - - err_report->kalmanGainsNaN = true; - err = true; - } // Kalman gains - - if (!isfinite(states[i])) { - - err_report->statesNaN = true; - err = true; - } // state matrix - } - - if (err) { - FillErrorReport(err_report); - } - - return err; - -} - -/** - * Check the filter inputs and bound its operational state - * - * This check will reset the filter states if required - * due to a failure of consistency or timeout checks. - * it should be run after the measurement data has been - * updated, but before any of the fusion steps are - * executed. - */ -int AttPosEKF::CheckAndBound() -{ - - // Store the old filter state - bool currStaticMode = staticMode; - - // Reset the filter if the states went NaN - if (StatesNaN(&last_ekf_error)) { - - InitializeDynamic(velNED); - - return 1; - } - - // Reset the filter if the IMU data is too old - if (dtIMU > 0.2f) { - - ResetVelocity(); - ResetPosition(); - ResetHeight(); - ResetStoredStates(); - - // that's all we can do here, return - return 2; - } - - // Check if we're on ground - this also sets static mode. - OnGroundCheck(); - - // Check if we switched between states - if (currStaticMode != staticMode) { - ResetVelocity(); - ResetPosition(); - ResetHeight(); - ResetStoredStates(); - - return 3; - } - - return 0; -} - -void AttPosEKF::AttitudeInit(float ax, float ay, float az, float mx, float my, float mz, float *initQuat) -{ - float initialRoll, initialPitch; - float cosRoll, sinRoll, cosPitch, sinPitch; - float magX, magY; - float initialHdg, cosHeading, sinHeading; - - initialRoll = atan2(-ay, -az); - initialPitch = atan2(ax, -az); - - cosRoll = cosf(initialRoll); - sinRoll = sinf(initialRoll); - cosPitch = cosf(initialPitch); - sinPitch = sinf(initialPitch); - - magX = mx * cosPitch + my * sinRoll * sinPitch + mz * cosRoll * sinPitch; - - magY = my * cosRoll - mz * sinRoll; - - initialHdg = atan2f(-magY, magX); - - cosRoll = cosf(initialRoll * 0.5f); - sinRoll = sinf(initialRoll * 0.5f); - - cosPitch = cosf(initialPitch * 0.5f); - sinPitch = sinf(initialPitch * 0.5f); - - cosHeading = cosf(initialHdg * 0.5f); - sinHeading = sinf(initialHdg * 0.5f); - - initQuat[0] = cosRoll * cosPitch * cosHeading + sinRoll * sinPitch * sinHeading; - initQuat[1] = sinRoll * cosPitch * cosHeading - cosRoll * sinPitch * sinHeading; - initQuat[2] = cosRoll * sinPitch * cosHeading + sinRoll * cosPitch * sinHeading; - initQuat[3] = cosRoll * cosPitch * sinHeading - sinRoll * sinPitch * cosHeading; -} - -void AttPosEKF::InitializeDynamic(float (&initvelNED)[3]) -{ - - // Clear the init flag - statesInitialised = false; - - ZeroVariables(); - - // Calculate initial filter quaternion states from raw measurements - float initQuat[4]; - Vector3f initMagXYZ; - initMagXYZ = magData - magBias; - AttitudeInit(accel.x, accel.y, accel.z, initMagXYZ.x, initMagXYZ.y, initMagXYZ.z, initQuat); - - // Calculate initial Tbn matrix and rotate Mag measurements into NED - // to set initial NED magnetic field states - Mat3f DCM; - quat2Tbn(DCM, initQuat); - Vector3f initMagNED; - initMagXYZ = magData - magBias; - initMagNED.x = DCM.x.x*initMagXYZ.x + DCM.x.y*initMagXYZ.y + DCM.x.z*initMagXYZ.z; - initMagNED.y = DCM.y.x*initMagXYZ.x + DCM.y.y*initMagXYZ.y + DCM.y.z*initMagXYZ.z; - initMagNED.z = DCM.z.x*initMagXYZ.x + DCM.z.y*initMagXYZ.y + DCM.z.z*initMagXYZ.z; - - - - // write to state vector - for (uint8_t j=0; j<=3; j++) states[j] = initQuat[j]; // quaternions - for (uint8_t j=0; j<=2; j++) states[j+4] = initvelNED[j]; // velocities - for (uint8_t j=0; j<=7; j++) states[j+7] = 0.0f; // positiions, dAngBias, windVel - states[15] = initMagNED.x; // Magnetic Field North - states[16] = initMagNED.y; // Magnetic Field East - states[17] = initMagNED.z; // Magnetic Field Down - states[18] = magBias.x; // Magnetic Field Bias X - states[19] = magBias.y; // Magnetic Field Bias Y - states[20] = magBias.z; // Magnetic Field Bias Z - - statesInitialised = true; - - // initialise the covariance matrix - CovarianceInit(); - - //Define Earth rotation vector in the NED navigation frame - calcEarthRateNED(earthRateNED, latRef); - - //Initialise summed variables used by covariance prediction - summedDelAng.x = 0.0f; - summedDelAng.y = 0.0f; - summedDelAng.z = 0.0f; - summedDelVel.x = 0.0f; - summedDelVel.y = 0.0f; - summedDelVel.z = 0.0f; -} - -void AttPosEKF::InitialiseFilter(float (&initvelNED)[3]) -{ - //store initial lat,long and height - latRef = gpsLat; - lonRef = gpsLon; - hgtRef = gpsHgt; - - memset(&last_ekf_error, 0, sizeof(last_ekf_error)); - - InitializeDynamic(initvelNED); -} - -void AttPosEKF::ZeroVariables() -{ - // Do the data structure init - for (unsigned i = 0; i < n_states; i++) { - for (unsigned j = 0; j < n_states; j++) { - KH[i][j] = 0.0f; // intermediate result used for covariance updates - KHP[i][j] = 0.0f; // intermediate result used for covariance updates - P[i][j] = 0.0f; // covariance matrix - } - - Kfusion[i] = 0.0f; // Kalman gains - states[i] = 0.0f; // state matrix - } - - for (unsigned i = 0; i < data_buffer_size; i++) { - - for (unsigned j = 0; j < n_states; j++) { - storedStates[j][i] = 0.0f; - } - - statetimeStamp[i] = 0; - } - - memset(¤t_ekf_state, 0, sizeof(current_ekf_state)); -} - -void AttPosEKF::GetFilterState(struct ekf_status_report *state) -{ - memcpy(state, ¤t_ekf_state, sizeof(state)); -} - -void AttPosEKF::GetLastErrorState(struct ekf_status_report *last_error) -{ - memcpy(last_error, &last_ekf_error, sizeof(last_error)); -} |