用matlab中的s函数,实现基于四元数的拓展卡尔曼滤波,计算无人机的三轴姿态角(传感器为三轴加速度计,三轴陀螺仪,三轴磁强计)给出代码
时间: 2024-05-15 21:12:48 浏览: 265
首先,需要根据传感器测量值计算出四元数的初始姿态,然后根据四元数的旋转规律进行状态预测和更新,最终得到无人机的姿态角。
以下是一个基于四元数的拓展卡尔曼滤波的示例代码:
```matlab
function [roll, pitch, yaw] = ekf_quaternion(acc, gyro, mag, dt)
% Initialize state vector as quaternion
x = [1; 0; 0; 0];
% Initialize covariance matrix
P = eye(4);
% Initialize measurement noise covariance matrix
R_acc = eye(3) * 0.1^2;
R_gyro = eye(3) * 0.01^2;
R_mag = eye(3) * 0.1^2;
% Initialize process noise covariance matrix
Q = diag([0.1 0.1 0.1 0.1]);
% Initialize measurement matrix
H = eye(3,4);
% Initialize state transition matrix
A = eye(4) + 0.5*dt*skew(gyro);
% Initialize control input matrix
B = dt*0.5*[x(2) -x(3) -x(4); x(1) x(4) -x(3); x(4) x(1) x(2); -x(3) x(2) x(1)];
% Main loop
for i = 1:length(acc)
% State prediction
x = A*x + B*gyro(i);
% Covariance prediction
P = A*P*A' + Q;
% Measurement update
if mod(i,10) == 0 % Only update every 10th iteration for efficiency
z = [acc(i,:)'./norm(acc(i,:)); mag(i,:)'./norm(mag(i,:))];
y = z - H*x;
S = H*P*H' + blkdiag(R_acc, R_mag);
K = P*H'*inv(S);
x = x + K*y;
P = (eye(4) - K*H)*P;
end
% Normalize quaternion
x = x/norm(x);
% Convert quaternion to Euler angles
roll(i) = atan2(2*x(2)*x(3) - 2*x(1)*x(4), 2*x(1)^2 + 2*x(2)^2 - 1);
pitch(i) = -asin(2*x(2)*x(4) + 2*x(1)*x(3));
yaw(i) = atan2(2*x(3)*x(4) - 2*x(1)*x(2), 2*x(1)^2 + 2*x(4)^2 - 1);
end
end
function [out] = skew(x)
% Skew-symmetric matrix
out = [0 -x(3) x(2); x(3) 0 -x(1); -x(2) x(1) 0];
end
```
其中,函数的输入参数为传感器测量值,包括加速度计(acc)、陀螺仪(gyro)和磁强计(mag),以及采样时间间隔(dt)。输出参数为无人机的三轴姿态角(roll、pitch和yaw)。
在代码中,首先初始化了状态向量和协方差矩阵,以及各个噪声和转移矩阵。然后进入主循环,在每个时间步进行状态预测、协方差预测、测量更新和四元数的规范化,并最终将四元数转换为欧拉角。
需要注意的是,为了提高代码的效率,在测量更新中只在每10个时间步骤进行一次更新,因此可能会有一定的姿态漂移。可以根据具体的应用场景和精度需求进行调整。
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