From c82996850be2df523394c2ac49db55258819a8a3 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Lorenz Meier Date: Tue, 30 Dec 2014 12:20:23 +0100 Subject: Update EKF estimator to most recent version from Paul Riseborough --- .../ekf_att_pos_estimator/estimator_23states.cpp | 3284 -------------------- 1 file changed, 3284 deletions(-) delete mode 100644 src/modules/ekf_att_pos_estimator/estimator_23states.cpp (limited to 'src/modules/ekf_att_pos_estimator/estimator_23states.cpp') diff --git a/src/modules/ekf_att_pos_estimator/estimator_23states.cpp b/src/modules/ekf_att_pos_estimator/estimator_23states.cpp deleted file mode 100644 index c17e034ad..000000000 --- a/src/modules/ekf_att_pos_estimator/estimator_23states.cpp +++ /dev/null @@ -1,3284 +0,0 @@ -#include "estimator_23states.h" -#include -#include -#include -#include - -#ifndef M_PI_F -#define M_PI_F ((float)M_PI) -#endif - -#define EKF_COVARIANCE_DIVERGED 1.0e8f - -AttPosEKF::AttPosEKF() : - covTimeStepMax(0.0f), - covDelAngMax(0.0f), - rngFinderPitch(0.0f), - a1(0.0f), - a2(0.0f), - a3(0.0f), - yawVarScale(0.0f), - windVelSigma(0.0f), - dAngBiasSigma(0.0f), - dVelBiasSigma(0.0f), - magEarthSigma(0.0f), - magBodySigma(0.0f), - gndHgtSigma(0.0f), - vneSigma(0.0f), - vdSigma(0.0f), - posNeSigma(0.0f), - posDSigma(0.0f), - magMeasurementSigma(0.0f), - airspeedMeasurementSigma(0.0f), - gyroProcessNoise(0.0f), - accelProcessNoise(0.0f), - EAS2TAS(1.0f), - magstate{}, - resetMagState{}, - KH{}, - KHP{}, - P{}, - Kfusion{}, - states{}, - resetStates{}, - storedStates{}, - statetimeStamp{}, - lastVelPosFusion(millis()), - statesAtVelTime{}, - statesAtPosTime{}, - statesAtHgtTime{}, - statesAtMagMeasTime{}, - statesAtVtasMeasTime{}, - statesAtRngTime{}, - statesAtFlowTime{}, - correctedDelAng(), - correctedDelVel(), - summedDelAng(), - summedDelVel(), - accNavMag(), - earthRateNED(), - angRate(), - lastGyroOffset(), - delAngTotal(), - Tbn(), - Tnb(), - accel(), - dVelIMU(), - dAngIMU(), - dtIMU(0.005f), - dtIMUfilt(0.005f), - dtVelPos(0.01f), - dtVelPosFilt(0.01f), - dtHgtFilt(0.01f), - dtGpsFilt(0.1f), - windSpdFiltNorth(0.0f), - windSpdFiltEast(0.0f), - windSpdFiltAltitude(0.0f), - windSpdFiltClimb(0.0f), - fusionModeGPS(0), - innovVelPos{}, - varInnovVelPos{}, - velNED{}, - accelGPSNED{}, - posNE{}, - hgtMea(0.0f), - baroHgtOffset(0.0f), - rngMea(0.0f), - innovMag{}, - varInnovMag{}, - magData{}, - losData{}, - innovVtas(0.0f), - innovRng(0.0f), - innovOptFlow{}, - varInnovOptFlow{}, - varInnovVtas(0.0f), - varInnovRng(0.0f), - VtasMeas(0.0f), - magDeclination(0.0f), - latRef(0.0f), - lonRef(-M_PI_F), - hgtRef(0.0f), - refSet(false), - magBias(), - covSkipCount(0), - gpsLat(0.0), - gpsLon(-M_PI), - gpsHgt(0.0f), - GPSstatus(0), - baroHgt(0.0f), - statesInitialised(false), - fuseVelData(false), - fusePosData(false), - fuseHgtData(false), - fuseMagData(false), - fuseVtasData(false), - fuseRngData(false), - fuseOptFlowData(false), - - inhibitWindStates(true), - inhibitMagStates(true), - inhibitGndState(true), - inhibitScaleState(true), - - onGround(true), - staticMode(true), - useAirspeed(true), - useCompass(true), - useRangeFinder(true), - useOpticalFlow(false), - - ekfDiverged(false), - lastReset(0), - current_ekf_state{}, - last_ekf_error{}, - numericalProtection(true), - storeIndex(0), - storedOmega{}, - Popt{}, - flowStates{}, - prevPosN(0.0f), - prevPosE(0.0f), - auxFlowObsInnov{}, - auxFlowObsInnovVar{}, - fScaleFactorVar(0.0f), - Tnb_flow{}, - R_LOS(0.0f), - auxFlowTestRatio{}, - auxRngTestRatio(0.0f), - flowInnovGate(0.0f), - auxFlowInnovGate(0.0f), - rngInnovGate(0.0f), - minFlowRng(0.0f), - moCompR_LOS(0.0f) -{ - memset(&last_ekf_error, 0, sizeof(last_ekf_error)); - memset(¤t_ekf_state, 0, sizeof(current_ekf_state)); - ZeroVariables(); - InitialiseParameters(); -} - -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; - float rotationMag; - float qUpdated[4]; - float quatMag; - float deltaQuat[4]; - const Vector3f gravityNED(0.0f, 0.0f, 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 - states[13]; - - delAngTotal.x += correctedDelAng.x; - delAngTotal.y += correctedDelAng.y; - delAngTotal.z += correctedDelAng.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 - { - // We are using double here as we are unsure how small - // the angle differences are and if we get into numeric - // issues with float. The runtime impact is not measurable - // for these quantities. - deltaQuat[0] = cos(0.5*(double)rotationMag); - float rotScaler = (sin(0.5*(double)rotationMag))/(double)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(); - - // update filtered IMU time step length - dtIMUfilt = 0.99f * dtIMUfilt + 0.01f * dtIMU; -} - -void AttPosEKF::CovariancePrediction(float dt) -{ - // scalars - 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; - float dvz_b; - - // arrays - float processNoise[n_states]; - float SF[15]; - float SG[8]; - float SQ[11]; - float SPP[8] = {0}; - float nextP[n_states][n_states]; - - // calculate covariance prediction process noise - for (uint8_t i= 0; i<4; i++) processNoise[i] = 1.0e-9f; - for (uint8_t i= 4; i<10; i++) processNoise[i] = 1.0e-9f; - for (uint8_t i=10; i<=12; i++) processNoise[i] = dt * dAngBiasSigma; - // scale gyro bias noise when on ground to allow for faster bias estimation - for (uint8_t i=10; i<=12; i++) processNoise[i] = dt * dAngBiasSigma; - processNoise[13] = dVelBiasSigma; - if (!inhibitWindStates) { - for (uint8_t i=14; i<=15; i++) processNoise[i] = dt * windVelSigma; - } else { - for (uint8_t i=14; i<=15; i++) processNoise[i] = 0; - } - if (!inhibitMagStates) { - for (uint8_t i=16; i<=18; i++) processNoise[i] = dt * magEarthSigma; - for (uint8_t i=19; i<=21; i++) processNoise[i] = dt * magBodySigma; - } else { - for (uint8_t i=16; i<=21; i++) processNoise[i] = 0; - } - if (!inhibitGndState) { - processNoise[22] = dt * sqrtf(sq(states[4]) + sq(states[5])) * gndHgtSigma; - } else { - processNoise[22] = 0; - } - - // square all sigmas - for (unsigned i = 0; i < n_states; 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]; - dvz_b = states[13]; - gyroProcessNoise = ConstrainFloat(gyroProcessNoise, 1e-3f, 5e-2f); - daxCov = sq(dt*gyroProcessNoise); - dayCov = sq(dt*gyroProcessNoise); - dazCov = sq(dt*gyroProcessNoise); - if (onGround) dazCov = dazCov * sq(yawVarScale); - accelProcessNoise = ConstrainFloat(accelProcessNoise, 5e-2, 1.0f); - dvxCov = sq(dt*accelProcessNoise); - dvyCov = sq(dt*accelProcessNoise); - dvzCov = sq(dt*accelProcessNoise); - - // Predicted covariance calculation - SF[0] = dvz - dvz_b; - SF[1] = 2*q3*SF[0] + 2*dvx*q1 + 2*dvy*q2; - SF[2] = 2*dvx*q3 - 2*q1*SF[0] + 2*dvy*q0; - SF[3] = 2*q2*SF[0] + 2*dvx*q0 - 2*dvy*q3; - SF[4] = day/2 - day_b/2; - SF[5] = daz/2 - daz_b/2; - SF[6] = dax/2 - dax_b/2; - SF[7] = dax_b/2 - dax/2; - SF[8] = daz_b/2 - daz/2; - SF[9] = day_b/2 - day/2; - SF[10] = 2*q0*SF[0]; - SF[11] = q1/2; - SF[12] = q2/2; - SF[13] = q3/2; - SF[14] = 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[10] + SF[14] - 2*dvx*q2; 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- nextP[22][6] = P[22][6] + P[22][1]*SF[2] + P[22][3]*SF[1] + P[22][0]*SPP[0] - P[22][2]*SPP[1] - P[22][13]*SPP[5]; - nextP[22][7] = P[22][7] + P[22][4]*dt; - nextP[22][8] = P[22][8] + P[22][5]*dt; - nextP[22][9] = P[22][9] + P[22][6]*dt; - nextP[22][10] = P[22][10]; - nextP[22][11] = P[22][11]; - nextP[22][12] = P[22][12]; - nextP[22][13] = P[22][13]; - nextP[22][14] = P[22][14]; - nextP[22][15] = P[22][15]; - nextP[22][16] = P[22][16]; - nextP[22][17] = P[22][17]; - nextP[22][18] = P[22][18]; - nextP[22][19] = P[22][19]; - nextP[22][20] = P[22][20]; - nextP[22][21] = P[22][21]; - nextP[22][22] = P[22][22]; - - for (unsigned i = 0; i < n_states; i++) - { - nextP[i][i] = nextP[i][i] + processNoise[i]; - } - - // 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]; - } - } - } - - // 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::updateDtGpsFilt(float dt) -{ - dtGpsFilt = ConstrainFloat(dt, 0.001f, 2.0f) * 0.05f + dtGpsFilt * 0.95f; -} - -void AttPosEKF::updateDtHgtFilt(float dt) -{ - dtHgtFilt = ConstrainFloat(dt, 0.001f, 2.0f) * 0.05f + dtHgtFilt * 0.95f; -} - -void AttPosEKF::updateDtVelPosFilt(float dt) -{ - dtVelPosFilt = ConstrainFloat(dt, 0.0005f, 2.0f) * 0.05f + dtVelPosFilt * 0.95f; -} - -void AttPosEKF::FuseVelposNED() -{ - -// declare variables used by fault isolation logic - uint32_t gpsRetryTime = 3000; // time in msec before GPS fusion will be retried following innovation consistency failure - uint32_t gpsRetryTimeNoTAS = 500; // retry time if no TAS measurement available - uint32_t hgtRetryTime = 500; // 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 = 22; - -// 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) - { - uint64_t tNow = getMicros(); - updateDtVelPosFilt((tNow - lastVelPosFusion) / 1e6f); - lastVelPosFusion = tNow; - - // scaler according to the number of repetitions of the - // same measurement in one fusion step - float gpsVarianceScaler = dtGpsFilt / dtVelPosFilt; - - // scaler according to the number of repetitions of the - // same measurement in one fusion step - float hgtVarianceScaler = dtHgtFilt / dtVelPosFilt; - - // 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] = gpsVarianceScaler * sq(vneSigma) + sq(velErr); - R_OBS[1] = R_OBS[0]; - R_OBS[2] = gpsVarianceScaler * sq(vdSigma) + sq(velErr); - R_OBS[3] = gpsVarianceScaler * sq(posNeSigma) + sq(posErr); - R_OBS[4] = R_OBS[3]; - R_OBS[5] = hgtVarianceScaler * sq(posDSigma) + sq(posErr); - - // 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 || staticMode) { - current_ekf_state.velHealth = true; - current_ekf_state.velFailTime = millis(); - } else if (current_ekf_state.velTimeout || !current_ekf_state.posHealth) { - // XXX check - current_ekf_state.velHealth = true; - ResetVelocity(); - ResetStoredStates(); - // do not fuse bad data - fuseVelData = false; - } - 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(); - - if (current_ekf_state.posTimeout) { - ResetPosition(); - - // XXX cross-check the state reset - ResetStoredStates(); - - // do not fuse position data on this time - // step - fusePosData = false; - } - } - 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 || staticMode) - { - current_ekf_state.hgtHealth = true; - current_ekf_state.hgtFailTime = millis(); - - // if we just reset from a timeout, do not fuse - // the height data, but reset height and stored states - if (current_ekf_state.hgtTimeout) { - ResetHeight(); - ResetStoredStates(); - fuseHgtData = false; - } - } - 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; - } - // 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 <= 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/(double)varInnovVelPos[obsIndex]; - for (uint8_t i= 0; i<=indexLimit; i++) - { - Kfusion[i] = P[i][stateIndex]*SK; - } - - // Don't update Z accel bias state unless using a height observation (GPS velocities can be biased) - if (obsIndex != 5) { - Kfusion[13] = 0; - } - // Don't update wind states if inhibited - if (inhibitWindStates) { - Kfusion[14] = 0; - Kfusion[15] = 0; - } - // Don't update magnetic field states if inhibited - if (inhibitMagStates) { - for (uint8_t i = 16; i<=21; i++) - { - Kfusion[i] = 0; - } - } - // Don't update terrain state if inhibited - if (inhibitGndState) { - Kfusion[22] = 0; - } - - // 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(); - -} - -void AttPosEKF::FuseMagnetometer() -{ - - float &q0 = magstate.q0; - float &q1 = magstate.q1; - float &q2 = magstate.q2; - float &q3 = magstate.q3; - float &magN = magstate.magN; - float &magE = magstate.magE; - float &magD = magstate.magD; - float &magXbias = magstate.magXbias; - float &magYbias = magstate.magYbias; - float &magZbias = magstate.magZbias; - unsigned &obsIndex = magstate.obsIndex; - Mat3f &DCM = magstate.DCM; - float *MagPred = &magstate.MagPred[0]; - float &R_MAG = magstate.R_MAG; - float *SH_MAG = &magstate.SH_MAG[0]; - - float SK_MX[6]; - float SK_MY[5]; - float SK_MZ[6]; - float H_MAG[n_states]; - for (uint8_t i = 0; i < n_states; i++) { - H_MAG[i] = 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 < 3)) - { - // Calculate observation jacobians and Kalman gains - if (obsIndex == 0) - { - // Copy required states to local variable names - q0 = statesAtMagMeasTime[0]; - q1 = statesAtMagMeasTime[1]; - q2 = statesAtMagMeasTime[2]; - q3 = statesAtMagMeasTime[3]; - magN = statesAtMagMeasTime[16]; - magE = statesAtMagMeasTime[17]; - magD = statesAtMagMeasTime[18]; - magXbias = statesAtMagMeasTime[19]; - magYbias = statesAtMagMeasTime[20]; - magZbias = statesAtMagMeasTime[21]; - - // rotate predicted earth components into body axes and calculate - // predicted measurments - DCM.x.x = q0*q0 + q1*q1 - q2*q2 - q3*q3; - DCM.x.y = 2*(q1*q2 + q0*q3); - DCM.x.z = 2*(q1*q3-q0*q2); - DCM.y.x = 2*(q1*q2 - q0*q3); - DCM.y.y = q0*q0 - q1*q1 + q2*q2 - q3*q3; - DCM.y.z = 2*(q2*q3 + q0*q1); - DCM.z.x = 2*(q1*q3 + q0*q2); - DCM.z.y = 2*(q2*q3 - q0*q1); - DCM.z.z = q0*q0 - q1*q1 - q2*q2 + q3*q3; - MagPred[0] = DCM.x.x*magN + DCM.x.y*magE + DCM.x.z*magD + magXbias; - MagPred[1] = DCM.y.x*magN + DCM.y.y*magE + DCM.y.z*magD + magYbias; - MagPred[2] = DCM.z.x*magN + DCM.z.y*magE + DCM.z.z*magD + magZbias; - - // scale magnetometer observation error with total angular rate - R_MAG = sq(magMeasurementSigma) + 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 < n_states; 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[16] = SH_MAG[5] - SH_MAG[4] - SH_MAG[3] + SH_MAG[6]; - H_MAG[17] = 2*q0*q3 + 2*q1*q2; - H_MAG[18] = 2*q1*q3 - 2*q0*q2; - H_MAG[19] = 1.0f; - - // Calculate Kalman gain - float temp = (P[19][19] + R_MAG + P[1][19]*SH_MAG[0] + P[3][19]*SH_MAG[2] - P[16][19]*(SH_MAG[3] + SH_MAG[4] - SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) - (2*magD*q0 - 2*magE*q1 + 2*magN*q2)*(P[19][2] + P[1][2]*SH_MAG[0] + P[3][2]*SH_MAG[2] - P[16][2]*(SH_MAG[3] + SH_MAG[4] - SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) + P[17][2]*(2*q0*q3 + 2*q1*q2) - P[18][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[19][0] + P[1][0]*SH_MAG[0] + P[3][0]*SH_MAG[2] - P[16][0]*(SH_MAG[3] + SH_MAG[4] - SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) + P[17][0]*(2*q0*q3 + 2*q1*q2) - P[18][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[19][1] + P[1][1]*SH_MAG[0] + P[3][1]*SH_MAG[2] - P[16][1]*(SH_MAG[3] + SH_MAG[4] - SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) + P[17][1]*(2*q0*q3 + 2*q1*q2) - P[18][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[19][3] + P[1][3]*SH_MAG[0] + P[3][3]*SH_MAG[2] - P[16][3]*(SH_MAG[3] + SH_MAG[4] - SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) + P[17][3]*(2*q0*q3 + 2*q1*q2) - P[18][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[19][16] + P[1][16]*SH_MAG[0] + P[3][16]*SH_MAG[2] - P[16][16]*(SH_MAG[3] + SH_MAG[4] - SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) + P[17][16]*(2*q0*q3 + 2*q1*q2) - P[18][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)) + P[17][19]*(2*q0*q3 + 2*q1*q2) - P[18][19]*(2*q0*q2 - 2*q1*q3) - P[2][19]*(2*magD*q0 - 2*magE*q1 + 2*magN*q2) + (2*q0*q3 + 2*q1*q2)*(P[19][17] + P[1][17]*SH_MAG[0] + P[3][17]*SH_MAG[2] - P[16][17]*(SH_MAG[3] + SH_MAG[4] - SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) + P[17][17]*(2*q0*q3 + 2*q1*q2) - P[18][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)) - (2*q0*q2 - 2*q1*q3)*(P[19][18] + P[1][18]*SH_MAG[0] + P[3][18]*SH_MAG[2] - P[16][18]*(SH_MAG[3] + SH_MAG[4] - SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) + P[17][18]*(2*q0*q3 + 2*q1*q2) - P[18][18]*(2*q0*q2 - 2*q1*q3) - P[2][18]*(2*magD*q0 - 2*magE*q1 + 2*magN*q2) + P[0][18]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) + P[0][19]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)); - if (temp >= R_MAG) { - SK_MX[0] = 1.0f / temp; - } else { - // the calculation is badly conditioned, so we cannot perform fusion on this step - // we increase the state variances and try again next time - P[19][19] += 0.1f*R_MAG; - obsIndex = 1; - return; - } - 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][19] + 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][16]*SK_MX[1] + P[0][17]*SK_MX[5] - P[0][18]*SK_MX[4]); - Kfusion[1] = SK_MX[0]*(P[1][19] + 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][16]*SK_MX[1] + P[1][17]*SK_MX[5] - P[1][18]*SK_MX[4]); - Kfusion[2] = SK_MX[0]*(P[2][19] + 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][16]*SK_MX[1] + P[2][17]*SK_MX[5] - P[2][18]*SK_MX[4]); - Kfusion[3] = SK_MX[0]*(P[3][19] + 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][16]*SK_MX[1] + P[3][17]*SK_MX[5] - P[3][18]*SK_MX[4]); - Kfusion[4] = SK_MX[0]*(P[4][19] + 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][16]*SK_MX[1] + P[4][17]*SK_MX[5] - P[4][18]*SK_MX[4]); - Kfusion[5] = SK_MX[0]*(P[5][19] + 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][16]*SK_MX[1] + P[5][17]*SK_MX[5] - P[5][18]*SK_MX[4]); - Kfusion[6] = SK_MX[0]*(P[6][19] + 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][16]*SK_MX[1] + P[6][17]*SK_MX[5] - P[6][18]*SK_MX[4]); - Kfusion[7] = SK_MX[0]*(P[7][19] + 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][16]*SK_MX[1] + P[7][17]*SK_MX[5] - P[7][18]*SK_MX[4]); - Kfusion[8] = SK_MX[0]*(P[8][19] + 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][16]*SK_MX[1] + P[8][17]*SK_MX[5] - P[8][18]*SK_MX[4]); - Kfusion[9] = SK_MX[0]*(P[9][19] + 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][16]*SK_MX[1] + P[9][17]*SK_MX[5] - P[9][18]*SK_MX[4]); - Kfusion[10] = SK_MX[0]*(P[10][19] + 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][16]*SK_MX[1] + P[10][17]*SK_MX[5] - P[10][18]*SK_MX[4]); - Kfusion[11] = SK_MX[0]*(P[11][19] + 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][16]*SK_MX[1] + P[11][17]*SK_MX[5] - P[11][18]*SK_MX[4]); - Kfusion[12] = SK_MX[0]*(P[12][19] + 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][16]*SK_MX[1] + P[12][17]*SK_MX[5] - P[12][18]*SK_MX[4]); - // Only height measurements are allowed to modify the Z delta velocity bias state. This improves the stability of the estimate - Kfusion[13] = 0.0f;//SK_MX[0]*(P[13][19] + 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][16]*SK_MX[1] + P[13][17]*SK_MX[5] - P[13][18]*SK_MX[4]); - // Estimation of selected states is inhibited by setting their Kalman gains to zero - if (!inhibitWindStates) { - Kfusion[14] = SK_MX[0]*(P[14][19] + 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][16]*SK_MX[1] + P[14][17]*SK_MX[5] - P[14][18]*SK_MX[4]); - Kfusion[15] = SK_MX[0]*(P[15][19] + 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][16]*SK_MX[1] + P[15][17]*SK_MX[5] - P[15][18]*SK_MX[4]); - } else { - Kfusion[14] = 0; - Kfusion[15] = 0; - } - if (!inhibitMagStates) { - Kfusion[16] = SK_MX[0]*(P[16][19] + 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][16]*SK_MX[1] + P[16][17]*SK_MX[5] - P[16][18]*SK_MX[4]); - Kfusion[17] = SK_MX[0]*(P[17][19] + 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][16]*SK_MX[1] + P[17][17]*SK_MX[5] - P[17][18]*SK_MX[4]); - Kfusion[18] = SK_MX[0]*(P[18][19] + 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][16]*SK_MX[1] + P[18][17]*SK_MX[5] - P[18][18]*SK_MX[4]); - Kfusion[19] = SK_MX[0]*(P[19][19] + 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][16]*SK_MX[1] + P[19][17]*SK_MX[5] - P[19][18]*SK_MX[4]); - Kfusion[20] = SK_MX[0]*(P[20][19] + 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][16]*SK_MX[1] + P[20][17]*SK_MX[5] - P[20][18]*SK_MX[4]); - Kfusion[21] = SK_MX[0]*(P[21][19] + P[21][1]*SH_MAG[0] + P[21][3]*SH_MAG[2] + P[21][0]*SK_MX[3] - P[21][2]*SK_MX[2] - P[21][16]*SK_MX[1] + P[21][17]*SK_MX[5] - P[21][18]*SK_MX[4]); - } else { - for (uint8_t i=16; i <= 21; i++) { - Kfusion[i] = 0; - } - } - if (!inhibitGndState) { - Kfusion[22] = SK_MX[0]*(P[22][19] + P[22][1]*SH_MAG[0] + P[22][3]*SH_MAG[2] + P[22][0]*SK_MX[3] - P[22][2]*SK_MX[2] - P[22][16]*SK_MX[1] + P[22][17]*SK_MX[5] - P[22][18]*SK_MX[4]); - } else { - Kfusion[22] = 0; - } - varInnovMag[0] = 1.0f/SK_MX[0]; - innovMag[0] = MagPred[0] - magData.x; - } - 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[16] = 2*q1*q2 - 2*q0*q3; - H_MAG[17] = SH_MAG[4] - SH_MAG[3] - SH_MAG[5] + SH_MAG[6]; - H_MAG[18] = 2*q0*q1 + 2*q2*q3; - H_MAG[20] = 1; - - // Calculate Kalman gain - float temp = (P[20][20] + R_MAG + P[0][20]*SH_MAG[2] + P[1][20]*SH_MAG[1] + P[2][20]*SH_MAG[0] - P[17][20]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] + SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) - (2*q0*q3 - 2*q1*q2)*(P[20][16] + P[0][16]*SH_MAG[2] + P[1][16]*SH_MAG[1] + P[2][16]*SH_MAG[0] - P[17][16]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] + SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) - P[16][16]*(2*q0*q3 - 2*q1*q2) + P[18][16]*(2*q0*q1 + 2*q2*q3) - P[3][16]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) + (2*q0*q1 + 2*q2*q3)*(P[20][18] + P[0][18]*SH_MAG[2] + P[1][18]*SH_MAG[1] + P[2][18]*SH_MAG[0] - P[17][18]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] + SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) - P[16][18]*(2*q0*q3 - 2*q1*q2) + P[18][18]*(2*q0*q1 + 2*q2*q3) - P[3][18]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) - (SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)*(P[20][3] + P[0][3]*SH_MAG[2] + P[1][3]*SH_MAG[1] + P[2][3]*SH_MAG[0] - P[17][3]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] + SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) - P[16][3]*(2*q0*q3 - 2*q1*q2) + P[18][3]*(2*q0*q1 + 2*q2*q3) - P[3][3]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) - P[16][20]*(2*q0*q3 - 2*q1*q2) + P[18][20]*(2*q0*q1 + 2*q2*q3) + SH_MAG[2]*(P[20][0] + P[0][0]*SH_MAG[2] + P[1][0]*SH_MAG[1] + P[2][0]*SH_MAG[0] - P[17][0]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] + SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) - P[16][0]*(2*q0*q3 - 2*q1*q2) + P[18][0]*(2*q0*q1 + 2*q2*q3) - P[3][0]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) + SH_MAG[1]*(P[20][1] + P[0][1]*SH_MAG[2] + P[1][1]*SH_MAG[1] + P[2][1]*SH_MAG[0] - P[17][1]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] + SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) - P[16][1]*(2*q0*q3 - 2*q1*q2) + P[18][1]*(2*q0*q1 + 2*q2*q3) - P[3][1]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) + SH_MAG[0]*(P[20][2] + P[0][2]*SH_MAG[2] + P[1][2]*SH_MAG[1] + P[2][2]*SH_MAG[0] - P[17][2]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] + SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) - P[16][2]*(2*q0*q3 - 2*q1*q2) + P[18][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[20][17] + P[0][17]*SH_MAG[2] + P[1][17]*SH_MAG[1] + P[2][17]*SH_MAG[0] - P[17][17]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] + SH_MAG[5] - SH_MAG[6]) - P[16][17]*(2*q0*q3 - 2*q1*q2) + P[18][17]*(2*q0*q1 + 2*q2*q3) - P[3][17]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) - P[3][20]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)); - if (temp >= R_MAG) { - SK_MY[0] = 1.0f / temp; - } else { - // the calculation is badly conditioned, so we cannot perform fusion on this step - // we increase the state variances and try again next time - P[20][20] += 0.1f*R_MAG; - obsIndex = 2; - return; - } - 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][20] + 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][17]*SK_MY[1] - P[0][16]*SK_MY[3] + P[0][18]*SK_MY[4]); - Kfusion[1] = SK_MY[0]*(P[1][20] + 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][17]*SK_MY[1] - P[1][16]*SK_MY[3] + P[1][18]*SK_MY[4]); - Kfusion[2] = SK_MY[0]*(P[2][20] + 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][17]*SK_MY[1] - P[2][16]*SK_MY[3] + P[2][18]*SK_MY[4]); - Kfusion[3] = SK_MY[0]*(P[3][20] + 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][17]*SK_MY[1] - P[3][16]*SK_MY[3] + P[3][18]*SK_MY[4]); - Kfusion[4] = SK_MY[0]*(P[4][20] + 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][17]*SK_MY[1] - P[4][16]*SK_MY[3] + P[4][18]*SK_MY[4]); - Kfusion[5] = SK_MY[0]*(P[5][20] + 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][17]*SK_MY[1] - P[5][16]*SK_MY[3] + P[5][18]*SK_MY[4]); - Kfusion[6] = SK_MY[0]*(P[6][20] + 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][17]*SK_MY[1] - P[6][16]*SK_MY[3] + P[6][18]*SK_MY[4]); - Kfusion[7] = SK_MY[0]*(P[7][20] + 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][17]*SK_MY[1] - P[7][16]*SK_MY[3] + P[7][18]*SK_MY[4]); - Kfusion[8] = SK_MY[0]*(P[8][20] + 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][17]*SK_MY[1] - P[8][16]*SK_MY[3] + P[8][18]*SK_MY[4]); - Kfusion[9] = SK_MY[0]*(P[9][20] + 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][17]*SK_MY[1] - P[9][16]*SK_MY[3] + P[9][18]*SK_MY[4]); - Kfusion[10] = SK_MY[0]*(P[10][20] + 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][17]*SK_MY[1] - P[10][16]*SK_MY[3] + P[10][18]*SK_MY[4]); - Kfusion[11] = SK_MY[0]*(P[11][20] + 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][17]*SK_MY[1] - P[11][16]*SK_MY[3] + P[11][18]*SK_MY[4]); - Kfusion[12] = SK_MY[0]*(P[12][20] + 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][17]*SK_MY[1] - P[12][16]*SK_MY[3] + P[12][18]*SK_MY[4]); - // Only height measurements are allowed to modify the Z delta velocity bias state. This improves the stability of the estimate - Kfusion[13] = 0.0f;//SK_MY[0]*(P[13][20] + 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][17]*SK_MY[1] - P[13][16]*SK_MY[3] + P[13][18]*SK_MY[4]); - // Estimation of selected states is inhibited by setting their Kalman gains to zero - if (!inhibitWindStates) { - Kfusion[14] = SK_MY[0]*(P[14][20] + 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][17]*SK_MY[1] - P[14][16]*SK_MY[3] + P[14][18]*SK_MY[4]); - Kfusion[15] = SK_MY[0]*(P[15][20] + 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][17]*SK_MY[1] - P[15][16]*SK_MY[3] + P[15][18]*SK_MY[4]); - } else { - Kfusion[14] = 0; - Kfusion[15] = 0; - } - if (!inhibitMagStates) { - Kfusion[16] = SK_MY[0]*(P[16][20] + 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][17]*SK_MY[1] - P[16][16]*SK_MY[3] + P[16][18]*SK_MY[4]); - Kfusion[17] = SK_MY[0]*(P[17][20] + 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][17]*SK_MY[1] - P[17][16]*SK_MY[3] + P[17][18]*SK_MY[4]); - Kfusion[18] = SK_MY[0]*(P[18][20] + 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][17]*SK_MY[1] - P[18][16]*SK_MY[3] + P[18][18]*SK_MY[4]); - Kfusion[19] = SK_MY[0]*(P[19][20] + 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][17]*SK_MY[1] - P[19][16]*SK_MY[3] + P[19][18]*SK_MY[4]); - Kfusion[20] = SK_MY[0]*(P[20][20] + 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][17]*SK_MY[1] - P[20][16]*SK_MY[3] + P[20][18]*SK_MY[4]); - Kfusion[21] = SK_MY[0]*(P[21][20] + P[21][0]*SH_MAG[2] + P[21][1]*SH_MAG[1] + P[21][2]*SH_MAG[0] - P[21][3]*SK_MY[2] - P[21][17]*SK_MY[1] - P[21][16]*SK_MY[3] + P[21][18]*SK_MY[4]); - } else { - Kfusion[16] = 0; - Kfusion[17] = 0; - Kfusion[18] = 0; - Kfusion[19] = 0; - Kfusion[20] = 0; - Kfusion[21] = 0; - } - 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 < n_states; 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[16] = 2*q0*q2 + 2*q1*q3; - H_MAG[17] = 2*q2*q3 - 2*q0*q1; - H_MAG[18] = SH_MAG[3] - SH_MAG[4] - SH_MAG[5] + SH_MAG[6]; - H_MAG[21] = 1; - - // Calculate Kalman gain - float temp = (P[21][21] + R_MAG + P[0][21]*SH_MAG[1] + P[3][21]*SH_MAG[0] + P[18][21]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] - SH_MAG[5] + SH_MAG[6]) - (2*magD*q1 + 2*magE*q0 - 2*magN*q3)*(P[21][1] + P[0][1]*SH_MAG[1] + P[3][1]*SH_MAG[0] + P[18][1]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] - SH_MAG[5] + SH_MAG[6]) + P[16][1]*(2*q0*q2 + 2*q1*q3) - P[17][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[21][2] + P[0][2]*SH_MAG[1] + P[3][2]*SH_MAG[0] + P[18][2]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] - SH_MAG[5] + SH_MAG[6]) + P[16][2]*(2*q0*q2 + 2*q1*q3) - P[17][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[21][0] + P[0][0]*SH_MAG[1] + P[3][0]*SH_MAG[0] + P[18][0]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] - SH_MAG[5] + SH_MAG[6]) + P[16][0]*(2*q0*q2 + 2*q1*q3) - P[17][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[21][3] + P[0][3]*SH_MAG[1] + P[3][3]*SH_MAG[0] + P[18][3]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] - SH_MAG[5] + SH_MAG[6]) + P[16][3]*(2*q0*q2 + 2*q1*q3) - P[17][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[21][18] + P[0][18]*SH_MAG[1] + P[3][18]*SH_MAG[0] + P[18][18]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] - SH_MAG[5] + SH_MAG[6]) + P[16][18]*(2*q0*q2 + 2*q1*q3) - P[17][18]*(2*q0*q1 - 2*q2*q3) - P[1][18]*(2*magD*q1 + 2*magE*q0 - 2*magN*q3) + P[2][18]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)) + P[16][21]*(2*q0*q2 + 2*q1*q3) - P[17][21]*(2*q0*q1 - 2*q2*q3) - P[1][21]*(2*magD*q1 + 2*magE*q0 - 2*magN*q3) + (2*q0*q2 + 2*q1*q3)*(P[21][16] + P[0][16]*SH_MAG[1] + P[3][16]*SH_MAG[0] + P[18][16]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] - SH_MAG[5] + SH_MAG[6]) + P[16][16]*(2*q0*q2 + 2*q1*q3) - P[17][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)) - (2*q0*q1 - 2*q2*q3)*(P[21][17] + P[0][17]*SH_MAG[1] + P[3][17]*SH_MAG[0] + P[18][17]*(SH_MAG[3] - SH_MAG[4] - SH_MAG[5] + SH_MAG[6]) + P[16][17]*(2*q0*q2 + 2*q1*q3) - P[17][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[2][21]*(SH_MAG[7] + SH_MAG[8] - 2*magD*q2)); - if (temp >= R_MAG) { - SK_MZ[0] = 1.0f / temp; - } else { - // the calculation is badly conditioned, so we cannot perform fusion on this step - // we increase the state variances and try again next time - P[21][21] += 0.1f*R_MAG; - obsIndex = 3; - return; - } - 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][21] + 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][18]*SK_MZ[1] + P[0][16]*SK_MZ[5] - P[0][17]*SK_MZ[4]); - Kfusion[1] = SK_MZ[0]*(P[1][21] + 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][18]*SK_MZ[1] + P[1][16]*SK_MZ[5] - P[1][17]*SK_MZ[4]); - Kfusion[2] = SK_MZ[0]*(P[2][21] + 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][18]*SK_MZ[1] + P[2][16]*SK_MZ[5] - P[2][17]*SK_MZ[4]); - Kfusion[3] = SK_MZ[0]*(P[3][21] + 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][18]*SK_MZ[1] + P[3][16]*SK_MZ[5] - P[3][17]*SK_MZ[4]); - Kfusion[4] = SK_MZ[0]*(P[4][21] + 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][18]*SK_MZ[1] + P[4][16]*SK_MZ[5] - P[4][17]*SK_MZ[4]); - Kfusion[5] = SK_MZ[0]*(P[5][21] + 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][18]*SK_MZ[1] + P[5][16]*SK_MZ[5] - P[5][17]*SK_MZ[4]); - Kfusion[6] = SK_MZ[0]*(P[6][21] + 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][18]*SK_MZ[1] + P[6][16]*SK_MZ[5] - P[6][17]*SK_MZ[4]); - Kfusion[7] = SK_MZ[0]*(P[7][21] + 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][18]*SK_MZ[1] + P[7][16]*SK_MZ[5] - P[7][17]*SK_MZ[4]); - Kfusion[8] = SK_MZ[0]*(P[8][21] + 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][18]*SK_MZ[1] + P[8][16]*SK_MZ[5] - P[8][17]*SK_MZ[4]); - Kfusion[9] = SK_MZ[0]*(P[9][21] + 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][18]*SK_MZ[1] + P[9][16]*SK_MZ[5] - P[9][17]*SK_MZ[4]); - Kfusion[10] = SK_MZ[0]*(P[10][21] + 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][18]*SK_MZ[1] + P[10][16]*SK_MZ[5] - P[10][17]*SK_MZ[4]); - Kfusion[11] = SK_MZ[0]*(P[11][21] + 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][18]*SK_MZ[1] + P[11][16]*SK_MZ[5] - P[11][17]*SK_MZ[4]); - Kfusion[12] = SK_MZ[0]*(P[12][21] + 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][18]*SK_MZ[1] + P[12][16]*SK_MZ[5] - P[12][17]*SK_MZ[4]); - // Only height measurements are allowed to modify the Z delta velocity bias state. This improves the stability of the estimate - Kfusion[13] = 0.0f;//SK_MZ[0]*(P[13][21] + 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][18]*SK_MZ[1] + P[13][16]*SK_MZ[5] - P[13][17]*SK_MZ[4]); - // Estimation of selected states is inhibited by setting their Kalman gains to zero - if (!inhibitWindStates) { - Kfusion[14] = SK_MZ[0]*(P[14][21] + 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][18]*SK_MZ[1] + P[14][16]*SK_MZ[5] - P[14][17]*SK_MZ[4]); - Kfusion[15] = SK_MZ[0]*(P[15][21] + 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][18]*SK_MZ[1] + P[15][16]*SK_MZ[5] - P[15][17]*SK_MZ[4]); - } else { - Kfusion[14] = 0; - Kfusion[15] = 0; - } - if (!inhibitMagStates) { - Kfusion[16] = SK_MZ[0]*(P[16][21] + 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][18]*SK_MZ[1] + P[16][16]*SK_MZ[5] - P[16][17]*SK_MZ[4]); - Kfusion[17] = SK_MZ[0]*(P[17][21] + 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][18]*SK_MZ[1] + P[17][16]*SK_MZ[5] - P[17][17]*SK_MZ[4]); - Kfusion[18] = SK_MZ[0]*(P[18][21] + 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][18]*SK_MZ[1] + P[18][16]*SK_MZ[5] - P[18][17]*SK_MZ[4]); - Kfusion[19] = SK_MZ[0]*(P[19][21] + 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][18]*SK_MZ[1] + P[19][16]*SK_MZ[5] - P[19][17]*SK_MZ[4]); - Kfusion[20] = SK_MZ[0]*(P[20][21] + 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][18]*SK_MZ[1] + P[20][16]*SK_MZ[5] - P[20][17]*SK_MZ[4]); - Kfusion[21] = SK_MZ[0]*(P[21][21] + P[21][0]*SH_MAG[1] + P[21][3]*SH_MAG[0] - P[21][1]*SK_MZ[2] + P[21][2]*SK_MZ[3] + P[21][18]*SK_MZ[1] + P[21][16]*SK_MZ[5] - P[21][17]*SK_MZ[4]); - } else { - Kfusion[16] = 0; - Kfusion[17] = 0; - Kfusion[18] = 0; - Kfusion[19] = 0; - Kfusion[20] = 0; - Kfusion[21] = 0; - } - 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]) < 25.0f) - { - // correct the state vector - for (uint8_t j= 0; j < n_states; 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-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 KH to reduce the - // number of operations - for (uint8_t i = 0; i < n_states; i++) - { - for (uint8_t j = 0; j <= 3; j++) - { - KH[i][j] = Kfusion[i] * H_MAG[j]; - } - for (uint8_t j = 4; j <= 15; j++) KH[i][j] = 0.0f; - if (!onGround) - { - for (uint8_t j = 16; j <= 21; j++) - { - KH[i][j] = Kfusion[i] * H_MAG[j]; - } - } - else - { - for (uint8_t j = 16; j <= 21; j++) - { - KH[i][j] = 0.0f; - } - } - } - 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 <= 3; k++) - { - KHP[i][j] = KHP[i][j] + KH[i][k] * P[k][j]; - } - if (!onGround) - { - for (uint8_t k = 16; k<=21; k++) - { - KHP[i][j] = KHP[i][j] + KH[i][k] * P[k][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::FuseAirspeed() -{ - float vn; - float ve; - float vd; - float vwn; - float vwe; - float R_TAS = sq(airspeedMeasurementSigma); - float SH_TAS[3]; - float SK_TAS; - float VtasPred; - - // Copy required states to local variable names - vn = statesAtVtasMeasTime[4]; - ve = statesAtVtasMeasTime[5]; - vd = statesAtVtasMeasTime[6]; - vwn = statesAtVtasMeasTime[14]; - vwe = statesAtVtasMeasTime[15]; - - // 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)) - { - - float altDiff = fabsf(windSpdFiltAltitude - hgtMea); - - if (isfinite(windSpdFiltClimb)) { - windSpdFiltClimb = ((1.0f - 0.0002f) * windSpdFiltClimb) + (0.0002f * states[6]); - } else { - windSpdFiltClimb = states[6]; - } - - if (altDiff < 20.0f) { - // Lowpass the output of the wind estimate - we want a long-term - // stable estimate, but not start to load into the overall dynamics - // of the system (which adjusting covariances would do) - - // Change filter coefficient based on altitude change rate - float windFiltCoeff = ConstrainFloat(fabsf(windSpdFiltClimb) / 1000.0f, 0.00005f, 0.2f); - - windSpdFiltNorth = ((1.0f - windFiltCoeff) * windSpdFiltNorth) + (windFiltCoeff * vwn); - windSpdFiltEast = ((1.0f - windFiltCoeff) * windSpdFiltEast) + (windFiltCoeff * vwe); - } else { - windSpdFiltNorth = vwn; - windSpdFiltEast = vwe; - } - - windSpdFiltAltitude = hgtMea; - - // 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[n_states]; - for (uint8_t i = 0; i < n_states; 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[14] = -SH_TAS[2]; - H_TAS[15] = -SH_TAS[1]; - - // Calculate Kalman gains - float temp = (R_TAS + SH_TAS[2]*(P[4][4]*SH_TAS[2] + P[5][4]*SH_TAS[1] - P[14][4]*SH_TAS[2] - P[15][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[14][5]*SH_TAS[2] - P[15][5]*SH_TAS[1] + P[6][5]*vd*SH_TAS[0]) - SH_TAS[2]*(P[4][14]*SH_TAS[2] + P[5][14]*SH_TAS[1] - P[14][14]*SH_TAS[2] - P[15][14]*SH_TAS[1] + P[6][14]*vd*SH_TAS[0]) - SH_TAS[1]*(P[4][15]*SH_TAS[2] + P[5][15]*SH_TAS[1] - P[14][15]*SH_TAS[2] - P[15][15]*SH_TAS[1] + P[6][15]*vd*SH_TAS[0]) + vd*SH_TAS[0]*(P[4][6]*SH_TAS[2] + P[5][6]*SH_TAS[1] - P[14][6]*SH_TAS[2] - P[15][6]*SH_TAS[1] + P[6][6]*vd*SH_TAS[0])); - if (temp >= R_TAS) { - SK_TAS = 1.0f / temp; - } else { - // the calculation is badly conditioned, so we cannot perform fusion on this step - // we increase the wind state variances and try again next time - P[14][14] += 0.05f*R_TAS; - P[15][15] += 0.05f*R_TAS; - return; - } - Kfusion[0] = SK_TAS*(P[0][4]*SH_TAS[2] - P[0][14]*SH_TAS[2] + P[0][5]*SH_TAS[1] - P[0][15]*SH_TAS[1] + P[0][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[1] = SK_TAS*(P[1][4]*SH_TAS[2] - P[1][14]*SH_TAS[2] + P[1][5]*SH_TAS[1] - P[1][15]*SH_TAS[1] + P[1][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[2] = SK_TAS*(P[2][4]*SH_TAS[2] - P[2][14]*SH_TAS[2] + P[2][5]*SH_TAS[1] - P[2][15]*SH_TAS[1] + P[2][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[3] = SK_TAS*(P[3][4]*SH_TAS[2] - P[3][14]*SH_TAS[2] + P[3][5]*SH_TAS[1] - P[3][15]*SH_TAS[1] + P[3][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[4] = SK_TAS*(P[4][4]*SH_TAS[2] - P[4][14]*SH_TAS[2] + P[4][5]*SH_TAS[1] - P[4][15]*SH_TAS[1] + P[4][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[5] = SK_TAS*(P[5][4]*SH_TAS[2] - P[5][14]*SH_TAS[2] + P[5][5]*SH_TAS[1] - P[5][15]*SH_TAS[1] + P[5][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[6] = SK_TAS*(P[6][4]*SH_TAS[2] - P[6][14]*SH_TAS[2] + P[6][5]*SH_TAS[1] - P[6][15]*SH_TAS[1] + P[6][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[7] = SK_TAS*(P[7][4]*SH_TAS[2] - P[7][14]*SH_TAS[2] + P[7][5]*SH_TAS[1] - P[7][15]*SH_TAS[1] + P[7][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[8] = SK_TAS*(P[8][4]*SH_TAS[2] - P[8][14]*SH_TAS[2] + P[8][5]*SH_TAS[1] - P[8][15]*SH_TAS[1] + P[8][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[9] = SK_TAS*(P[9][4]*SH_TAS[2] - P[9][14]*SH_TAS[2] + P[9][5]*SH_TAS[1] - P[9][15]*SH_TAS[1] + P[9][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[10] = SK_TAS*(P[10][4]*SH_TAS[2] - P[10][14]*SH_TAS[2] + P[10][5]*SH_TAS[1] - P[10][15]*SH_TAS[1] + P[10][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[11] = SK_TAS*(P[11][4]*SH_TAS[2] - P[11][14]*SH_TAS[2] + P[11][5]*SH_TAS[1] - P[11][15]*SH_TAS[1] + P[11][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[12] = SK_TAS*(P[12][4]*SH_TAS[2] - P[12][14]*SH_TAS[2] + P[12][5]*SH_TAS[1] - P[12][15]*SH_TAS[1] + P[12][6]*vd*SH_TAS[0]); - // Only height measurements are allowed to modify the Z delta velocity bias state. This improves the stability of the estimate - Kfusion[13] = 0.0f;//SK_TAS*(P[13][4]*SH_TAS[2] - P[13][14]*SH_TAS[2] + P[13][5]*SH_TAS[1] - P[13][15]*SH_TAS[1] + P[13][6]*vd*SH_TAS[0]); - // Estimation of selected states is inhibited by setting their Kalman gains to zero - if (!inhibitWindStates) { - Kfusion[14] = SK_TAS*(P[14][4]*SH_TAS[2] - P[14][14]*SH_TAS[2] + P[14][5]*SH_TAS[1] - P[14][15]*SH_TAS[1] + P[14][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[15] = SK_TAS*(P[15][4]*SH_TAS[2] - P[15][14]*SH_TAS[2] + P[15][5]*SH_TAS[1] - P[15][15]*SH_TAS[1] + P[15][6]*vd*SH_TAS[0]); - } else { - Kfusion[14] = 0; - Kfusion[15] = 0; - } - if (!inhibitMagStates) { - Kfusion[16] = SK_TAS*(P[16][4]*SH_TAS[2] - P[16][14]*SH_TAS[2] + P[16][5]*SH_TAS[1] - P[16][15]*SH_TAS[1] + P[16][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[17] = SK_TAS*(P[17][4]*SH_TAS[2] - P[17][14]*SH_TAS[2] + P[17][5]*SH_TAS[1] - P[17][15]*SH_TAS[1] + P[17][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[18] = SK_TAS*(P[18][4]*SH_TAS[2] - P[18][14]*SH_TAS[2] + P[18][5]*SH_TAS[1] - P[18][15]*SH_TAS[1] + P[18][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[19] = SK_TAS*(P[19][4]*SH_TAS[2] - P[19][14]*SH_TAS[2] + P[19][5]*SH_TAS[1] - P[19][15]*SH_TAS[1] + P[19][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[20] = SK_TAS*(P[20][4]*SH_TAS[2] - P[20][14]*SH_TAS[2] + P[20][5]*SH_TAS[1] - P[20][15]*SH_TAS[1] + P[20][6]*vd*SH_TAS[0]); - Kfusion[21] = SK_TAS*(P[21][4]*SH_TAS[2] - P[21][14]*SH_TAS[2] + P[21][5]*SH_TAS[1] - P[21][15]*SH_TAS[1] + P[21][6]*vd*SH_TAS[0]); - } else { - for (uint8_t i=16; i <= 21; i++) { - Kfusion[i] = 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) < 25.0f) - { - // correct the state vector - for (uint8_t j=0; j <= 22; 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 <= 22; 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 <= 13; j++) KH[i][j] = 0.0; - for (uint8_t j = 14; j <= 15; j++) - { - KH[i][j] = Kfusion[i] * H_TAS[j]; - } - for (uint8_t j = 16; j <= 22; j++) KH[i][j] = 0.0; - } - for (uint8_t i = 0; i <= 22; i++) - { - for (uint8_t j = 0; j <= 22; 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 = 14; k <= 15; k++) - { - KHP[i][j] = KHP[i][j] + KH[i][k] * P[k][j]; - } - } - } - for (uint8_t i = 0; i <= 22; i++) - { - for (uint8_t j = 0; j <= 22; 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 0.87f) - { - // Calculate observation jacobian and Kalman gain ignoring all states other than the terrain offset - // This prevents the range finder measurement modifying any of the other filter states and significantly reduces computations - SH_RNG[0] = SH_RNG[4]*(2*q0*q2 - 2*q1*q3) - sq(q0) + sq(q1) + sq(q2) - sq(q3); - SH_RNG[1] = pd - ptd; - SH_RNG[2] = 1/sq(SH_RNG[0]); - SH_RNG[3] = 1/SH_RNG[0]; - for (uint8_t i = 0; i < n_states; i++) { - H_RNG[i] = 0.0f; - Kfusion[i] = 0.0f; - } - H_RNG[22] = -SH_RNG[3]; - SK_RNG[0] = 1/(R_RNG + SH_RNG[3]*(P[9][9]*SH_RNG[3] - P[22][9]*SH_RNG[3] + P[0][9]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q0 - 2*q2*SH_RNG[4]) - P[1][9]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q1 - 2*q3*SH_RNG[4]) - P[2][9]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q2 + 2*q0*SH_RNG[4]) + P[3][9]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q3 + 2*q1*SH_RNG[4])) - SH_RNG[3]*(P[9][22]*SH_RNG[3] - P[22][22]*SH_RNG[3] + P[0][22]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q0 - 2*q2*SH_RNG[4]) - P[1][22]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q1 - 2*q3*SH_RNG[4]) - P[2][22]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q2 + 2*q0*SH_RNG[4]) + P[3][22]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q3 + 2*q1*SH_RNG[4])) + SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q0 - 2*q2*SH_RNG[4])*(P[9][0]*SH_RNG[3] - P[22][0]*SH_RNG[3] + P[0][0]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q0 - 2*q2*SH_RNG[4]) - P[1][0]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q1 - 2*q3*SH_RNG[4]) - P[2][0]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q2 + 2*q0*SH_RNG[4]) + P[3][0]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q3 + 2*q1*SH_RNG[4])) - SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q1 - 2*q3*SH_RNG[4])*(P[9][1]*SH_RNG[3] - P[22][1]*SH_RNG[3] + P[0][1]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q0 - 2*q2*SH_RNG[4]) - P[1][1]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q1 - 2*q3*SH_RNG[4]) - P[2][1]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q2 + 2*q0*SH_RNG[4]) + P[3][1]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q3 + 2*q1*SH_RNG[4])) - SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q2 + 2*q0*SH_RNG[4])*(P[9][2]*SH_RNG[3] - P[22][2]*SH_RNG[3] + P[0][2]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q0 - 2*q2*SH_RNG[4]) - P[1][2]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q1 - 2*q3*SH_RNG[4]) - P[2][2]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q2 + 2*q0*SH_RNG[4]) + P[3][2]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q3 + 2*q1*SH_RNG[4])) + SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q3 + 2*q1*SH_RNG[4])*(P[9][3]*SH_RNG[3] - P[22][3]*SH_RNG[3] + P[0][3]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q0 - 2*q2*SH_RNG[4]) - P[1][3]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q1 - 2*q3*SH_RNG[4]) - P[2][3]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q2 + 2*q0*SH_RNG[4]) + P[3][3]*SH_RNG[1]*SH_RNG[2]*(2*q3 + 2*q1*SH_RNG[4]))); - SK_RNG[1] = 2*q1 - 2*q3*SH_RNG[4]; - SK_RNG[2] = 2*q0 - 2*q2*SH_RNG[4]; - SK_RNG[3] = 2*q3 + 2*q1*SH_RNG[4]; - SK_RNG[4] = 2*q2 + 2*q0*SH_RNG[4]; - SK_RNG[5] = SH_RNG[2]; - Kfusion[22] = SK_RNG[0]*(P[22][9]*SH_RNG[3] - P[22][22]*SH_RNG[3] + P[22][0]*SH_RNG[1]*SK_RNG[2]*SK_RNG[5] - P[22][1]*SH_RNG[1]*SK_RNG[1]*SK_RNG[5] - P[22][2]*SH_RNG[1]*SK_RNG[4]*SK_RNG[5] + P[22][3]*SH_RNG[1]*SK_RNG[3]*SK_RNG[5]); - - // Calculate the innovation variance for data logging - varInnovRng = 1.0f/SK_RNG[0]; - - // Calculate the measurement innovation - rngPred = (ptd - pd)/cosRngTilt; - innovRng = rngPred - rngMea; - - // calculate the innovation consistency test ratio - auxRngTestRatio = sq(innovRng) / (sq(rngInnovGate) * varInnovRng); - - // Check the innovation for consistency and don't fuse if out of bounds - if (auxRngTestRatio < 1.0f) - { - // correct the state vector - states[22] = states[22] - Kfusion[22] * innovRng; - - // correct the covariance P = (I - K*H)*P - P[22][22] = P[22][22] - Kfusion[22] * H_RNG[22] * P[22][22]; - P[22][22] = ConstrainFloat(P[22][22], 0.0f, 10000.0f); - } - } - -} - -void AttPosEKF::FuseOptFlow() -{ -// static uint8_t obsIndex; -// static float SH_LOS[13]; -// static float SKK_LOS[15]; -// static float SK_LOS[2]; -// 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; -// static float losPred[2]; - -// // Transformation matrix from nav to body axes -// Mat3f Tnb_local; -// // Transformation matrix from body to sensor 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 Tbs; -// Tbs.x.y = a3; -// Tbs.y.x = -a3; -// Tbs.x.z = -a2; -// Tbs.z.x = a2; -// Tbs.y.z = a1; -// Tbs.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_local; -// Vector3f relVelSensor; - -// // Perform sequential fusion of optical flow measurements only when in the air and tilt is less than 30 deg. -// if (useOpticalFlow && (fuseOptFlowData || obsIndex == 1) && !onGround && Tbs.z.z > 0.866f && rngMea > 5.0f && rngMea < 39.0f) -// { -// // Sequential fusion of XY components to spread processing load across -// // two prediction time steps. - -// // Calculate observation jacobians and Kalman gains -// if (fuseOptFlowData) -// { -// // Copy required states to local variable names -// q0 = statesAtOptFlowTime[0]; -// q1 = statesAtOptFlowTime[1]; -// q2 = statesAtOptFlowTime[2]; -// q3 = statesAtOptFlowTime[3]; -// vn = statesAtOptFlowTime[4]; -// ve = statesAtOptFlowTime[5]; -// vd = statesAtOptFlowTime[6]; -// pd = statesAtOptFlowTime[9]; -// ptd = statesAtOptFlowTime[22]; -// velNED_local.x = vn; -// velNED_local.y = ve; -// velNED_local.z = vd; - -// // calculate rotation from NED to body axes -// float q00 = sq(q0); -// float q11 = sq(q1); -// float q22 = sq(q2); -// float q33 = sq(q3); -// float q01 = q0 * q1; -// float q02 = q0 * q2; -// float q03 = q0 * q3; -// float q12 = q1 * q2; -// float q13 = q1 * q3; -// float q23 = q2 * q3; -// Tnb_local.x.x = q00 + q11 - q22 - q33; -// Tnb_local.y.y = q00 - q11 + q22 - q33; -// Tnb_local.z.z = q00 - q11 - q22 + q33; -// Tnb_local.y.x = 2*(q12 - q03); -// Tnb_local.z.x = 2*(q13 + q02); -// Tnb_local.x.y = 2*(q12 + q03); -// Tnb_local.z.y = 2*(q23 - q01); -// Tnb_local.x.z = 2*(q13 - q02); -// Tnb_local.y.z = 2*(q23 + q01); - -// // calculate transformation from NED to sensor axes -// Tns = Tbs*Tnb_local; - -// // calculate range from ground plain to centre of sensor fov assuming flat earth -// float range = ConstrainFloat(((ptd - pd)/Tns.z.z),0.5f,100.0f); - -// // calculate relative velocity in sensor frame -// relVelSensor = Tns*velNED_local; - -// // divide velocity by range and include angular rate effects to get predicted angular LOS rates relative to X and Y axes -// losPred[0] = relVelSensor.y/range; -// losPred[1] = -relVelSensor.x/range; - -// //printf("relVelSensor.x=%5.1f, relVelSensor.y=%5.1f\n", relVelSensor.x, relVelSensor.y); -// //printf("Xpred=%5.2f, Xmea=%5.2f, Ypred=%5.2f, Ymea=%5.2f, delAng.x=%4.4f, delAng.y=%4.4f\n", losPred[0], losData[0], losPred[1], losData[1], delAng.x, delAng.y); -// //printf("omegaX=%5.2f, omegaY=%5.2f, velY=%5.1f velX=%5.1f\n, range=%5.1f\n", delAngRel.x/dt, delAngRel.y/dt, relVelSensor.y, relVelSensor.x, range); - -// // 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 -// SKK_LOS[0] = a2*(sq(q0) - sq(q1) - sq(q2) + sq(q3)) + 2*q0*q2 - 2*q1*q3 - a3*(2*q0*q1 + 2*q2*q3); -// SKK_LOS[1] = a3*(sq(q0) - sq(q1) + sq(q2) - sq(q3)) + 2*q0*q3 + 2*q1*q2 + a2*(2*q0*q1 - 2*q2*q3); -// SKK_LOS[2] = a2*(2*q0*q2 + 2*q1*q3) + a3*(2*q0*q3 - 2*q1*q2) - sq(q0) - sq(q1) + sq(q2) + sq(q3); -// SKK_LOS[3] = a1*(sq(q0) - sq(q1) - sq(q2) + sq(q3)) + 2*q0*q1 + 2*q2*q3 + a3*(2*q0*q2 - 2*q1*q3); -// SKK_LOS[4] = a1*(2*q0*q1 - 2*q2*q3) + a3*(2*q0*q3 + 2*q1*q2) - sq(q0) + sq(q1) - sq(q2) + sq(q3); -// SKK_LOS[5] = a3*(sq(q0) + sq(q1) - sq(q2) - sq(q3)) + 2*q0*q3 - 2*q1*q2 - a1*(2*q0*q2 + 2*q1*q3); -// SKK_LOS[6] = 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]); -// SKK_LOS[7] = 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]); -// SKK_LOS[8] = 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]); -// SKK_LOS[9] = 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]); -// SKK_LOS[10] = 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]); -// SKK_LOS[11] = 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]); -// SKK_LOS[12] = 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]); -// SKK_LOS[13] = SH_LOS[1]*SH_LOS[3]*(2*q3 - 2*a1*q2 + 2*a2*q1) - SH_LOS[0]*SH_LOS[3]*(ve*SH_LOS[5] - vd*SH_LOS[4] + vn*SH_LOS[11]); -// SKK_LOS[14] = SH_LOS[0]; - -// SK_LOS[0] = 1/(R_LOS + SKK_LOS[8]*(P[0][0]*SKK_LOS[8] + P[1][0]*SKK_LOS[7] + P[2][0]*SKK_LOS[9] - P[3][0]*SKK_LOS[6] - P[9][0]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[22][0]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[4][0]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[5]*SKK_LOS[14] + P[5][0]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[4]*SKK_LOS[14] - P[6][0]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[3]*SKK_LOS[14]) + SKK_LOS[7]*(P[0][1]*SKK_LOS[8] + P[1][1]*SKK_LOS[7] + P[2][1]*SKK_LOS[9] - P[3][1]*SKK_LOS[6] - P[9][1]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[22][1]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[4][1]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[5]*SKK_LOS[14] + P[5][1]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[4]*SKK_LOS[14] - P[6][1]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[3]*SKK_LOS[14]) + SKK_LOS[9]*(P[0][2]*SKK_LOS[8] + P[1][2]*SKK_LOS[7] + P[2][2]*SKK_LOS[9] - P[3][2]*SKK_LOS[6] - P[9][2]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[22][2]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[4][2]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[5]*SKK_LOS[14] + P[5][2]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[4]*SKK_LOS[14] - P[6][2]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[3]*SKK_LOS[14]) - SKK_LOS[6]*(P[0][3]*SKK_LOS[8] + P[1][3]*SKK_LOS[7] + P[2][3]*SKK_LOS[9] - P[3][3]*SKK_LOS[6] - P[9][3]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[22][3]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[4][3]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[5]*SKK_LOS[14] + P[5][3]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[4]*SKK_LOS[14] - P[6][3]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[3]*SKK_LOS[14]) - SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14]*(P[0][9]*SKK_LOS[8] + P[1][9]*SKK_LOS[7] + P[2][9]*SKK_LOS[9] - P[3][9]*SKK_LOS[6] - P[9][9]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[22][9]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[4][9]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[5]*SKK_LOS[14] + P[5][9]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[4]*SKK_LOS[14] - P[6][9]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[3]*SKK_LOS[14]) + SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14]*(P[0][22]*SKK_LOS[8] + P[1][22]*SKK_LOS[7] + P[2][22]*SKK_LOS[9] - P[3][22]*SKK_LOS[6] - P[9][22]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[22][22]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[4][22]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[5]*SKK_LOS[14] + P[5][22]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[4]*SKK_LOS[14] - P[6][22]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[3]*SKK_LOS[14]) + SH_LOS[3]*SKK_LOS[5]*SKK_LOS[14]*(P[0][4]*SKK_LOS[8] + P[1][4]*SKK_LOS[7] + P[2][4]*SKK_LOS[9] - P[3][4]*SKK_LOS[6] - P[9][4]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[22][4]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[4][4]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[5]*SKK_LOS[14] + P[5][4]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[4]*SKK_LOS[14] - P[6][4]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[3]*SKK_LOS[14]) + SH_LOS[3]*SKK_LOS[4]*SKK_LOS[14]*(P[0][5]*SKK_LOS[8] + P[1][5]*SKK_LOS[7] + P[2][5]*SKK_LOS[9] - P[3][5]*SKK_LOS[6] - P[9][5]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[22][5]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[4][5]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[5]*SKK_LOS[14] + P[5][5]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[4]*SKK_LOS[14] - P[6][5]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[3]*SKK_LOS[14]) - SH_LOS[3]*SKK_LOS[3]*SKK_LOS[14]*(P[0][6]*SKK_LOS[8] + P[1][6]*SKK_LOS[7] + P[2][6]*SKK_LOS[9] - P[3][6]*SKK_LOS[6] - P[9][6]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[22][6]*SH_LOS[2]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[4][6]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[5]*SKK_LOS[14] + P[5][6]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[4]*SKK_LOS[14] - P[6][6]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[3]*SKK_LOS[14])); 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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 -// SK_LOS[1] = 1/(R_LOS + SKK_LOS[12]*(P[0][2]*SKK_LOS[10] + P[1][2]*SKK_LOS[11] + P[2][2]*SKK_LOS[12] - P[3][2]*SKK_LOS[13] - P[9][2]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[22][2]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[4][2]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[2]*SKK_LOS[14] - P[5][2]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[1]*SKK_LOS[14] + P[6][2]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[0]*SKK_LOS[14]) - SKK_LOS[13]*(P[0][3]*SKK_LOS[10] + P[1][3]*SKK_LOS[11] + P[2][3]*SKK_LOS[12] - P[3][3]*SKK_LOS[13] - P[9][3]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[22][3]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[4][3]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[2]*SKK_LOS[14] - P[5][3]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[1]*SKK_LOS[14] + P[6][3]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[0]*SKK_LOS[14]) + SKK_LOS[10]*(P[0][0]*SKK_LOS[10] + P[1][0]*SKK_LOS[11] + P[2][0]*(SH_LOS[1]*SH_LOS[3]*(2*q2 + 2*a2*q0 + 2*a1*q3) - SH_LOS[3]*SKK_LOS[14]*(vd*SH_LOS[5] + ve*SH_LOS[4] - vn*SH_LOS[6])) - P[3][0]*(SH_LOS[1]*SH_LOS[3]*(2*q3 - 2*a1*q2 + 2*a2*q1) - SH_LOS[3]*SKK_LOS[14]*(ve*SH_LOS[5] - vd*SH_LOS[4] + vn*SH_LOS[11])) - P[9][0]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[22][0]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[4][0]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[2]*SKK_LOS[14] - P[5][0]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[1]*SKK_LOS[14] + P[6][0]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[0]*SKK_LOS[14]) + SKK_LOS[11]*(P[0][1]*SKK_LOS[10] + P[1][1]*SKK_LOS[11] + P[2][1]*(SH_LOS[1]*SH_LOS[3]*(2*q2 + 2*a2*q0 + 2*a1*q3) - SH_LOS[3]*SKK_LOS[14]*(vd*SH_LOS[5] + ve*SH_LOS[4] - vn*SH_LOS[6])) - P[3][1]*(SH_LOS[1]*SH_LOS[3]*(2*q3 - 2*a1*q2 + 2*a2*q1) - SH_LOS[3]*SKK_LOS[14]*(ve*SH_LOS[5] - vd*SH_LOS[4] + vn*SH_LOS[11])) - P[9][1]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[22][1]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[4][1]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[2]*SKK_LOS[14] - P[5][1]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[1]*SKK_LOS[14] + P[6][1]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[0]*SKK_LOS[14]) - SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14]*(P[0][9]*SKK_LOS[10] + P[1][9]*SKK_LOS[11] + P[2][9]*SKK_LOS[12] - P[3][9]*SKK_LOS[13] - P[9][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[22][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[4][9]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[2]*SKK_LOS[14] - P[5][9]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[1]*SKK_LOS[14] + P[6][9]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[0]*SKK_LOS[14]) + SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14]*(P[0][22]*SKK_LOS[10] + P[1][22]*SKK_LOS[11] + P[2][22]*SKK_LOS[12] - P[3][22]*SKK_LOS[13] - P[9][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[22][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[4][22]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[2]*SKK_LOS[14] - P[5][22]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[1]*SKK_LOS[14] + P[6][22]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[0]*SKK_LOS[14]) + SH_LOS[3]*SKK_LOS[2]*SKK_LOS[14]*(P[0][4]*SKK_LOS[10] + P[1][4]*SKK_LOS[11] + P[2][4]*SKK_LOS[12] - P[3][4]*SKK_LOS[13] - P[9][4]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[22][4]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[4][4]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[2]*SKK_LOS[14] - P[5][4]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[1]*SKK_LOS[14] + P[6][4]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[0]*SKK_LOS[14]) - SH_LOS[3]*SKK_LOS[1]*SKK_LOS[14]*(P[0][5]*SKK_LOS[10] + P[1][5]*SKK_LOS[11] + P[2][5]*SKK_LOS[12] - P[3][5]*SKK_LOS[13] - P[9][5]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[22][5]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[4][5]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[2]*SKK_LOS[14] - P[5][5]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[1]*SKK_LOS[14] + P[6][5]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[0]*SKK_LOS[14]) + SH_LOS[3]*SKK_LOS[0]*SKK_LOS[14]*(P[0][6]*SKK_LOS[10] + P[1][6]*SKK_LOS[11] + P[2][6]*SKK_LOS[12] - P[3][6]*SKK_LOS[13] - P[9][6]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[22][6]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[4][6]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[2]*SKK_LOS[14] - P[5][6]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[1]*SKK_LOS[14] + P[6][6]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[0]*SKK_LOS[14])); 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-// Kfusion[20] = SK_LOS[1]*(P[20][0]*SKK_LOS[10] - P[20][3]*SKK_LOS[13] + P[20][1]*SKK_LOS[11] + P[20][2]*SKK_LOS[12] - P[20][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[20][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[20][6]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[0]*SKK_LOS[14] + P[20][4]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[2]*SKK_LOS[14] - P[20][5]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[1]*SKK_LOS[14]); -// Kfusion[21] = SK_LOS[1]*(P[21][0]*SKK_LOS[10] - P[21][3]*SKK_LOS[13] + P[21][1]*SKK_LOS[11] + P[21][2]*SKK_LOS[12] - P[21][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[21][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[21][6]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[0]*SKK_LOS[14] + P[21][4]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[2]*SKK_LOS[14] - P[21][5]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[1]*SKK_LOS[14]); -// Kfusion[22] = SK_LOS[1]*(P[22][0]*SKK_LOS[10] - P[22][3]*SKK_LOS[13] + P[22][1]*SKK_LOS[11] + P[22][2]*SKK_LOS[12] - P[22][9]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[22][22]*SH_LOS[1]*SH_LOS[7]*SKK_LOS[14] + P[22][6]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[0]*SKK_LOS[14] + P[22][4]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[2]*SKK_LOS[14] - P[22][5]*SH_LOS[3]*SKK_LOS[1]*SKK_LOS[14]); -// varInnovOptFlow[1] = 1.0f/SK_LOS[1]; -// innovOptFlow[1] = losPred[1] - losData[1]; - -// // reset the observation index -// obsIndex = 0; -// fuseOptFlowData = false; -// } - -// // Check the innovation for consistency and don't fuse if > 3Sigma -// if ((innovOptFlow[obsIndex]*innovOptFlow[obsIndex]/varInnovOptFlow[obsIndex]) < 9.0f) -// { -// // correct the state vector -// for (uint8_t j = 0; j < n_states; j++) -// { -// states[j] = states[j] - Kfusion[j] * innovOptFlow[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-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 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]; -// } -// } -// ForceSymmetry(); -// ConstrainVariances(); -// } -} - -/* -Estimation of optical flow sensor focal length scale factor and terrain height using a two state EKF -This fiter requires optical flow rates that are not motion compensated -Range to ground measurement is assumed to be via a narrow beam type sensor - eg laser -*/ -void AttPosEKF::GroundEKF() -{ - // propagate ground position state noise each time this is called using the difference in position since the last observations and an RMS gradient assumption - // limit distance to prevent intialisation afer bad gps causing bad numerical conditioning - if (!inhibitGndState) { - float distanceTravelledSq; - distanceTravelledSq = sq(statesAtRngTime[7] - prevPosN) + sq(statesAtRngTime[8] - prevPosE); - prevPosN = statesAtRngTime[7]; - prevPosE = statesAtRngTime[8]; - distanceTravelledSq = min(distanceTravelledSq, 100.0f); - Popt[1][1] += (distanceTravelledSq * sq(gndHgtSigma)); - } - // we aren't using optical flow measurements in this hacked implementation so set the covariances for this state to zero to avoid numerical problems - Popt[0][0] = 0.0f; - Popt[0][1] = 0.0f; - Popt[1][0] = 0.0f; - - // Fuse range finder data - // Need to check that our range finder tilt angle is less than 30 degrees - float cosRngTilt = - Tbn.z.x * sinf(rngFinderPitch) + Tbn.z.z * cosf(rngFinderPitch); - if (useRangeFinder && fuseRngData && cosRngTilt > 0.87f) { - float range; // range from camera to centre of image - float q0; // quaternion at optical flow measurement time - float q1; // quaternion at optical flow measurement time - float q2; // quaternion at optical flow measurement time - float q3; // quaternion at optical flow measurement time - float R_RNG = 0.5; // range measurement variance (m^2) TODO make this a function of range and tilt to allow for sensor, alignment and AHRS errors - - // Copy required states to local variable names - q0 = statesAtRngTime[0]; - q1 = statesAtRngTime[1]; - q2 = statesAtRngTime[2]; - q3 = statesAtRngTime[3]; - - // calculate Kalman gains - float SK_RNG[3]; - SK_RNG[0] = sq(q0) - sq(q1) - sq(q2) + sq(q3); - SK_RNG[1] = 1/(R_RNG + Popt[1][1]/sq(SK_RNG[0])); - SK_RNG[2] = 1/SK_RNG[0]; - float K_RNG[2]; - if (!inhibitScaleState) { - K_RNG[0] = Popt[0][1]*SK_RNG[1]*SK_RNG[2]; - } else { - K_RNG[0] = 0.0f; - } - if (!inhibitGndState) { - K_RNG[1] = Popt[1][1]*SK_RNG[1]*SK_RNG[2]; - } else { - K_RNG[1] = 0.0f; - } - - // Calculate the innovation variance for data logging - varInnovRng = 1.0f/SK_RNG[1]; - - // constrain terrain height to be below the vehicle - flowStates[1] = maxf(flowStates[1], statesAtRngTime[9] + minFlowRng); - - // estimate range to centre of image - range = (flowStates[1] - statesAtRngTime[9]) * SK_RNG[2]; - - // Calculate the measurement innovation - innovRng = range - rngMea; - - // calculate the innovation consistency test ratio - auxRngTestRatio = sq(innovRng) / (sq(rngInnovGate) * varInnovRng); - - // Check the innovation for consistency and don't fuse if out of bounds - if (auxRngTestRatio < 1.0f) - { - // correct the state - for (uint8_t i = 0; i < 2 ; i++) { - flowStates[i] -= K_RNG[i] * innovRng; - } - // constrain the states - - // constrain focal length to 0.1 to 10 mm - flowStates[0] = ConstrainFloat(flowStates[0], 0.1f, 10.0f); - // constrain altitude - flowStates[1] = maxf(flowStates[1], statesAtRngTime[9] + minFlowRng); - - // correct the covariance matrix - float nextPopt[2][2]; - nextPopt[0][0] = Popt[0][0] - (Popt[0][1]*Popt[1][0]*SK_RNG[1]*SK_RNG[2]) * SK_RNG[2]; - nextPopt[0][1] = Popt[0][1] - (Popt[0][1]*Popt[1][1]*SK_RNG[1]*SK_RNG[2]) * SK_RNG[2]; - nextPopt[1][0] = -Popt[1][0]*((Popt[1][1]*SK_RNG[1]*SK_RNG[2]) * SK_RNG[2] - 1.0f); - nextPopt[1][1] = -Popt[1][1]*((Popt[1][1]*SK_RNG[1]*SK_RNG[2]) * SK_RNG[2] - 1.0f); - // prevent the state variances from becoming negative and maintain symmetry - Popt[0][0] = maxf(nextPopt[0][0],0.0f); - Popt[1][1] = maxf(nextPopt[1][1],0.0f); - Popt[0][1] = 0.5f * (nextPopt[0][1] + nextPopt[1][0]); - Popt[1][0] = Popt[0][1]; - } - } -} - -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; -} - -float AttPosEKF::maxf(float valIn1, float valIn2) -{ - if (valIn1 >= valIn2) { - return valIn1; - } else { - return valIn2; - } -} - -float AttPosEKF::min(float valIn1, float valIn2) -{ - if (valIn1 <= valIn2) { - return valIn1; - } else { - return valIn2; - } -} - -// Store states in a history array along with time stamp -void AttPosEKF::StoreStates(uint64_t timestamp_ms) -{ - for (unsigned i=0; i statetimeStamp[storeIndexLocal]) { - timeDelta = msec - statetimeStamp[storeIndexLocal]; - } else { - timeDelta = statetimeStamp[storeIndexLocal] - msec; - } - - if (timeDelta < (uint64_t)bestTimeDelta) - { - bestStoreIndex = storeIndexLocal; - bestTimeDelta = timeDelta; - } - } - if (bestTimeDelta < 200) // only output stored state if < 200 msec retrieval error - { - for (unsigned 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 (unsigned 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_ret, 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_ret.x.x = q00 + q11 - q22 - q33; - Tbn_ret.y.y = q00 - q11 + q22 - q33; - Tbn_ret.z.z = q00 - q11 - q22 + q33; - Tbn_ret.x.y = 2*(q12 - q03); - Tbn_ret.x.z = 2*(q13 + q02); - Tbn_ret.y.x = 2*(q12 + q03); - Tbn_ret.y.z = 2*(q23 - q01); - Tbn_ret.z.x = 2*(q13 - q02); - Tbn_ret.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], double lat, double lon, float hgt, double latReference, double lonReference, float hgtReference) -{ - posNED[0] = earthRadius * (lat - latReference); - posNED[1] = earthRadius * cos(latReference) * (lon - lonReference); - posNED[2] = -(hgt - hgtReference); -} - -void AttPosEKF::calcLLH(float posNED[3], double &lat, double &lon, float &hgt, double latRef, double lonRef, float hgtRef) -{ - lat = latRef + (double)posNED[0] * earthRadiusInv; - lon = lonRef + (double)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 = (!refSet || (GPSstatus < GPS_FIX_3D)); - } - // don't update wind states if there is no airspeed measurement - if (onGround || !useAirspeed) { - inhibitWindStates = true; - } else { - inhibitWindStates =false; - } - // don't update magnetic field states if on ground or not using compass - if (onGround || !useCompass) { - inhibitMagStates = true; - } else { - inhibitMagStates = false; - } - // don't update terrain offset state if on ground - if (onGround) { - inhibitGndState = true; - } else { - inhibitGndState = false; - } -} - -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(0.7f); - P[5][5] = P[4][4]; - P[6][6] = sq(0.7f); - P[7][7] = sq(15.0f); - P[8][8] = P[7][7]; - P[9][9] = sq(5.0f); - P[10][10] = sq(0.1f*deg2rad*dtIMU); - P[11][11] = P[10][10]; - P[12][12] = P[10][10]; - P[13][13] = sq(0.2f*dtIMU); - P[14][14] = sq(0.0f); - P[15][15] = P[14][14]; - P[16][16] = sq(0.02f); - P[17][17] = P[16][16]; - P[18][18] = P[16][16]; - P[19][19] = sq(0.02f); - P[20][20] = P[19][19]; - P[21][21] = P[19][19]; - P[22][22] = sq(0.5f); -} - -float AttPosEKF::ConstrainFloat(float val, float min_val, float max_val) -{ - float ret; - if (val > max_val) { - ret = max_val; - ekf_debug("> max: %8.4f, val: %8.4f", (double)max_val, (double)val); - } else if (val < min_val) { - ret = min_val; - ekf_debug("< min: %8.4f, val: %8.4f", (double)min_val, (double)val); - } else { - ret = val; - } - - if (!isfinite(val)) { - //ekf_debug("constrain: non-finite!"); - } - - return ret; -} - -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: Delta Velocity bias - m/s (Z) - // 14-15: Wind Vector - m/sec (North,East) - // 16-18: Earth Magnetic Field Vector - gauss (North, East, Down) - // 19-21: Body Magnetic Field Vector - gauss (X,Y,Z) - // 22: Terrain offset - m - - // Constrain quaternion variances - for (unsigned i = 0; i <= 3; i++) { - P[i][i] = ConstrainFloat(P[i][i], 0.0f, 1.0f); - } - - // Constrain velocity variances - for (unsigned i = 4; i <= 6; i++) { - P[i][i] = ConstrainFloat(P[i][i], 0.0f, 1.0e3f); - } - - // Constrain position variances - for (unsigned i = 7; i <= 9; i++) { - P[i][i] = ConstrainFloat(P[i][i], 0.0f, 1.0e6f); - } - - // Constrain delta angle bias variances - for (unsigned i = 10; i <= 12; i++) { - P[i][i] = ConstrainFloat(P[i][i], 0.0f, sq(0.12f * dtIMU)); - } - - // Constrain delta velocity bias variance - P[13][13] = ConstrainFloat(P[13][13], 0.0f, sq(1.0f * dtIMU)); - - // Wind velocity variances - for (unsigned i = 14; i <= 15; i++) { - P[i][i] = ConstrainFloat(P[i][i], 0.0f, 1.0e3f); - } - - // Earth magnetic field variances - for (unsigned i = 16; i <= 18; i++) { - P[i][i] = ConstrainFloat(P[i][i], 0.0f, 1.0f); - } - - // Body magnetic field variances - for (unsigned i = 19; i <= 21; i++) { - P[i][i] = ConstrainFloat(P[i][i], 0.0f, 1.0f); - } - - // Constrain terrain offset variance - P[22][22] = ConstrainFloat(P[22][22], 0.0f, 10000.0f); -} - -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: Delta Velocity bias - m/s (Z) - // 14-15: Wind Vector - m/sec (North,East) - // 16-18: Earth Magnetic Field Vector - gauss (North, East, Down) - // 19-21: Body Magnetic Field Vector - gauss (X,Y,Z) - // 22: Terrain offset - m - - // Constrain quaternion - for (unsigned i = 0; i <= 3; i++) { - states[i] = ConstrainFloat(states[i], -1.0f, 1.0f); - } - - // Constrain velocities to what GPS can do for us - for (unsigned i = 4; i <= 6; i++) { - states[i] = ConstrainFloat(states[i], -5.0e2f, 5.0e2f); - } - - // Constrain position to a reasonable vehicle range (in meters) - for (unsigned i = 7; i <= 8; 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 <= 12; i++) { - states[i] = ConstrainFloat(states[i], -0.12f * dtIMU, 0.12f * dtIMU); - } - - // Constrain delta velocity bias - states[13] = ConstrainFloat(states[13], -1.0f * dtIMU, 1.0f * dtIMU); - - // Wind velocity limits - assume 120 m/s max velocity - for (unsigned i = 14; i <= 15; i++) { - states[i] = ConstrainFloat(states[i], -120.0f, 120.0f); - } - - // Earth magnetic field limits (in Gauss) - for (unsigned i = 16; 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 = 19; i <= 21; i++) { - states[i] = ConstrainFloat(states[i], -0.5f, 0.5f); - } - - // Constrain terrain offset - states[22] = ConstrainFloat(states[22], -1000.0f, 1000.0f); - -} - -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]; - - if ((fabsf(P[i][j]) > EKF_COVARIANCE_DIVERGED) || - (fabsf(P[j][i]) > EKF_COVARIANCE_DIVERGED)) { - current_ekf_state.covariancesExcessive = true; - current_ekf_state.error |= true; - InitializeDynamic(velNED, magDeclination); - return; - } - - float symmetric = 0.5f * (P[i][j] + P[j][i]); - P[i][j] = symmetric; - P[j][i] = symmetric; - } - } -} - -bool AttPosEKF::GyroOffsetsDiverged() -{ - // Detect divergence by looking for rapid changes of the gyro offset - Vector3f current_bias; - current_bias.x = states[10]; - current_bias.y = states[11]; - current_bias.z = states[12]; - - Vector3f delta = current_bias - lastGyroOffset; - float delta_len = delta.length(); - float delta_len_scaled = 0.0f; - - // Protect against division by zero - if (delta_len > 0.0f) { - float cov_mag = ConstrainFloat((P[10][10] + P[11][11] + P[12][12]), 1e-12f, 1e-8f); - delta_len_scaled = (5e-7 / (double)cov_mag) * (double)delta_len / (double)dtIMU; - } - - bool diverged = (delta_len_scaled > 1.0f); - lastGyroOffset = current_bias; - current_ekf_state.error |= diverged; - current_ekf_state.gyroOffsetsExcessive = diverged; - - return diverged; -} - -bool AttPosEKF::VelNEDDiverged() -{ - Vector3f current_vel; - current_vel.x = states[4]; - current_vel.y = states[5]; - current_vel.z = states[6]; - - Vector3f gps_vel; - gps_vel.x = velNED[0]; - gps_vel.y = velNED[1]; - gps_vel.z = velNED[2]; - - Vector3f delta = current_vel - gps_vel; - float delta_len = delta.length(); - - bool excessive = (delta_len > 20.0f); - - current_ekf_state.error |= excessive; - current_ekf_state.velOffsetExcessive = excessive; - - return excessive; -} - -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 - } -} - -bool AttPosEKF::StatesNaN() { - bool err = false; - - // check all integrators - if (!isfinite(summedDelAng.x) || !isfinite(summedDelAng.y) || !isfinite(summedDelAng.z)) { - current_ekf_state.angNaN = true; - ekf_debug("summedDelAng NaN: x: %f y: %f z: %f", (double)summedDelAng.x, (double)summedDelAng.y, (double)summedDelAng.z); - err = true; - goto out; - } // delta angles - - if (!isfinite(correctedDelAng.x) || !isfinite(correctedDelAng.y) || !isfinite(correctedDelAng.z)) { - current_ekf_state.angNaN = true; - ekf_debug("correctedDelAng NaN: x: %f y: %f z: %f", (double)correctedDelAng.x, (double)correctedDelAng.y, (double)correctedDelAng.z); - err = true; - goto out; - } // delta angles - - if (!isfinite(summedDelVel.x) || !isfinite(summedDelVel.y) || !isfinite(summedDelVel.z)) { - current_ekf_state.summedDelVelNaN = true; - ekf_debug("summedDelVel NaN: x: %f y: %f z: %f", (double)summedDelVel.x, (double)summedDelVel.y, (double)summedDelVel.z); - err = true; - goto out; - } // delta velocities - - // 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])) { - - current_ekf_state.KHNaN = true; - err = true; - ekf_debug("KH NaN"); - goto out; - } // intermediate result used for covariance updates - - if (!isfinite(KHP[i][j])) { - - current_ekf_state.KHPNaN = true; - err = true; - ekf_debug("KHP NaN"); - goto out; - } // intermediate result used for covariance updates - - if (!isfinite(P[i][j])) { - - current_ekf_state.covarianceNaN = true; - err = true; - ekf_debug("P NaN"); - } // covariance matrix - } - - if (!isfinite(Kfusion[i])) { - - current_ekf_state.kalmanGainsNaN = true; - ekf_debug("Kfusion NaN"); - err = true; - goto out; - } // Kalman gains - - if (!isfinite(states[i])) { - - current_ekf_state.statesNaN = true; - ekf_debug("states NaN: i: %u val: %f", i, (double)states[i]); - err = true; - goto out; - } // state matrix - } - -out: - if (err) { - current_ekf_state.error |= true; - } - - 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(struct ekf_status_report *last_error) -{ - - // Store the old filter state - bool currStaticMode = staticMode; - - // Limit reset rate to 5 Hz to allow the filter - // to settle - if (millis() - lastReset < 200) { - return 0; - } - - if (ekfDiverged) { - ekfDiverged = false; - } - - int ret = 0; - - // Check if we're on ground - this also sets static mode. - OnGroundCheck(); - - // Reset the filter if the states went NaN - if (StatesNaN()) { - ekf_debug("re-initializing dynamic"); - - // Reset and fill error report - InitializeDynamic(velNED, magDeclination); - - ret = 1; - } - - // Reset the filter if the IMU data is too old - if (dtIMU > 0.3f) { - - current_ekf_state.imuTimeout = true; - - // Fill error report - GetFilterState(&last_ekf_error); - - ResetVelocity(); - ResetPosition(); - ResetHeight(); - ResetStoredStates(); - - // Timeout cleared with this reset - current_ekf_state.imuTimeout = false; - - // that's all we can do here, return - ret = 2; - } - - // Check if we switched between states - if (currStaticMode != staticMode) { - // Fill error report, but not setting error flag - GetFilterState(&last_ekf_error); - - ResetVelocity(); - ResetPosition(); - ResetHeight(); - ResetStoredStates(); - - ret = 0; - } - - // Reset the filter if gyro offsets are excessive - if (GyroOffsetsDiverged()) { - - // Reset and fill error report - InitializeDynamic(velNED, magDeclination); - - // that's all we can do here, return - ret = 4; - } - - // Reset the filter if it diverges too far from GPS - if (VelNEDDiverged()) { - - // Reset and fill error report - InitializeDynamic(velNED, magDeclination); - - // that's all we can do here, return - ret = 5; - } - - // The excessive covariance detection already - // reset the filter. Just need to report here. - if (last_ekf_error.covariancesExcessive) { - ret = 6; - } - - if (ret) { - ekfDiverged = true; - lastReset = millis(); - - // This reads the last error and clears it - GetLastErrorState(last_error); - } - - return ret; -} - -void AttPosEKF::AttitudeInit(float ax, float ay, float az, float mx, float my, float mz, float declination, float *initQuat) -{ - float initialRoll, initialPitch; - float cosRoll, sinRoll, cosPitch, sinPitch; - float magX, magY; - float initialHdg, cosHeading, sinHeading; - - initialRoll = atan2f(-ay, -az); - initialPitch = atan2f(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); - /* true heading is the mag heading minus declination */ - initialHdg += declination; - - 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; - - /* normalize */ - float norm = sqrtf(initQuat[0]*initQuat[0] + initQuat[1]*initQuat[1] + initQuat[2]*initQuat[2] + initQuat[3]*initQuat[3]); - - initQuat[0] /= norm; - initQuat[1] /= norm; - initQuat[2] /= norm; - initQuat[3] /= norm; -} - -void AttPosEKF::InitializeDynamic(float (&initvelNED)[3], float declination) -{ - if (current_ekf_state.error) { - GetFilterState(&last_ekf_error); - } - - ZeroVariables(); - - // Reset error states - current_ekf_state.error = false; - current_ekf_state.angNaN = false; - current_ekf_state.summedDelVelNaN = false; - current_ekf_state.KHNaN = false; - current_ekf_state.KHPNaN = false; - current_ekf_state.PNaN = false; - current_ekf_state.covarianceNaN = false; - current_ekf_state.kalmanGainsNaN = false; - current_ekf_state.statesNaN = false; - - current_ekf_state.velHealth = true; - current_ekf_state.posHealth = true; - current_ekf_state.hgtHealth = true; - - current_ekf_state.velTimeout = false; - current_ekf_state.posTimeout = false; - current_ekf_state.hgtTimeout = false; - - fuseVelData = false; - fusePosData = false; - fuseHgtData = false; - fuseMagData = false; - fuseVtasData = false; - - // Fill variables with valid data - velNED[0] = initvelNED[0]; - velNED[1] = initvelNED[1]; - velNED[2] = initvelNED[2]; - magDeclination = declination; - - // 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, declination, initQuat); - - // Calculate initial Tbn matrix and rotate Mag measurements into NED - // to set initial NED magnetic field states - quat2Tbn(Tbn, initQuat); - Tnb = Tbn.transpose(); - Vector3f initMagNED; - initMagNED.x = Tbn.x.x*initMagXYZ.x + Tbn.x.y*initMagXYZ.y + Tbn.x.z*initMagXYZ.z; - initMagNED.y = Tbn.y.x*initMagXYZ.x + Tbn.y.y*initMagXYZ.y + Tbn.y.z*initMagXYZ.z; - initMagNED.z = Tbn.z.x*initMagXYZ.x + Tbn.z.y*initMagXYZ.y + Tbn.z.z*initMagXYZ.z; - - magstate.q0 = initQuat[0]; - magstate.q1 = initQuat[1]; - magstate.q2 = initQuat[2]; - magstate.q3 = initQuat[3]; - magstate.magN = initMagNED.x; - magstate.magE = initMagNED.y; - magstate.magD = initMagNED.z; - magstate.magXbias = magBias.x; - magstate.magYbias = magBias.y; - magstate.magZbias = magBias.z; - magstate.R_MAG = sq(magMeasurementSigma); - magstate.DCM = Tbn; - - // write to state vector - for (uint8_t j=0; j<=3; j++) states[j] = initQuat[j]; // quaternions - for (uint8_t j=4; j<=6; j++) states[j] = initvelNED[j-4]; // velocities - // positions: - states[7] = posNE[0]; - states[8] = posNE[1]; - states[9] = -hgtMea; - for (uint8_t j=10; j<=15; j++) states[j] = 0.0f; // dAngBias, dVelBias, windVel - states[16] = initMagNED.x; // Magnetic Field North - states[17] = initMagNED.y; // Magnetic Field East - states[18] = initMagNED.z; // Magnetic Field Down - states[19] = magBias.x; // Magnetic Field Bias X - states[20] = magBias.y; // Magnetic Field Bias Y - states[21] = magBias.z; // Magnetic Field Bias Z - states[22] = 0.0f; // terrain height - - ResetVelocity(); - ResetPosition(); - ResetHeight(); - - statesInitialised = true; - - // initialise the covariance matrix - CovarianceInit(); - - //Define Earth rotation vector in the NED navigation frame - calcEarthRateNED(earthRateNED, latRef); - -} - -void AttPosEKF::InitialiseFilter(float (&initvelNED)[3], double referenceLat, double referenceLon, float referenceHgt, float declination) -{ - // store initial lat,long and height - latRef = referenceLat; - lonRef = referenceLon; - hgtRef = referenceHgt; - refSet = true; - - // we are at reference position, so measurement must be zero - posNE[0] = 0.0f; - posNE[1] = 0.0f; - - // we are at an unknown, possibly non-zero altitude - so altitude - // is not reset (hgtMea) - - // the baro offset must be this difference now - baroHgtOffset = baroHgt - referenceHgt; - - InitializeDynamic(initvelNED, declination); -} - -void AttPosEKF::ZeroVariables() -{ - - // Initialize on-init initialized variables - dtIMUfilt = ConstrainFloat(dtIMU, 0.001f, 0.02f); - dtVelPosFilt = ConstrainFloat(dtVelPos, 0.04f, 0.5f); - dtGpsFilt = 1.0f / 5.0f; - dtHgtFilt = 1.0f / 100.0f; - storeIndex = 0; - - lastVelPosFusion = millis(); - - // 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 - } - - correctedDelAng.zero(); - summedDelAng.zero(); - summedDelVel.zero(); - dAngIMU.zero(); - dVelIMU.zero(); - lastGyroOffset.zero(); - - windSpdFiltNorth = 0.0f; - windSpdFiltEast = 0.0f; - // setting the altitude to zero will give us a higher - // gain to adjust faster in the first step - windSpdFiltAltitude = 0.0f; - windSpdFiltClimb = 0.0f; - - 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(&magstate, 0, sizeof(magstate)); - magstate.q0 = 1.0f; - magstate.DCM.identity(); - - memset(¤t_ekf_state, 0, sizeof(current_ekf_state)); - -} - -void AttPosEKF::GetFilterState(struct ekf_status_report *err) -{ - - // Copy states - for (unsigned i = 0; i < n_states; i++) { - current_ekf_state.states[i] = states[i]; - } - current_ekf_state.n_states = n_states; - current_ekf_state.onGround = onGround; - current_ekf_state.staticMode = staticMode; - current_ekf_state.useCompass = useCompass; - current_ekf_state.useAirspeed = useAirspeed; - - memcpy(err, ¤t_ekf_state, sizeof(*err)); - - // 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; -} - -void AttPosEKF::GetLastErrorState(struct ekf_status_report *last_error) -{ - memcpy(last_error, &last_ekf_error, sizeof(*last_error)); - memset(&last_ekf_error, 0, sizeof(last_ekf_error)); -} -- cgit v1.2.3