EKF c语言 姿态融合算法

时间: 2023-12-14 18:34:42 浏览: 36
以下是一个使用EKF算法实现姿态融合的C语言示例代码: ```c #include <stdio.h> #include <math.h> #define PI 3.14159265358979323846 // 定义状态向量 typedef struct { double q0, q1, q2, q3; // 四元数 double wx, wy, wz; // 陀螺仪测量值 } StateVector; // 定义观测向量 typedef struct { double mx, my, mz; // 磁力计测量值 double ax, ay, az; // 加速度计测量值 } ObservationVector; // 定义协方差矩阵 typedef struct { double p[7][7]; } CovarianceMatrix; // 定义常量 const double dt = 0.01; // 采样周期 const double Q = 0.1; // 系统噪声协方差 const double R = 0.5; // 观测噪声协方差 // 定义函数 void EKF(StateVector *x, CovarianceMatrix *P, ObservationVector z, double dt); void quaternion_normalize(StateVector *x); void quaternion_multiply(StateVector *x, StateVector q); void quaternion_update(StateVector *x, ObservationVector z); int main() { // 初始化状态向量 StateVector x = {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0}; // 初始化协方差矩阵 CovarianceMatrix P = { .p = { {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0}, {0, 1, 0, 0, 0, 0, 0}, {0, 0, 1, 0, 0, 0, 0}, {0, 0, 0, 1, 0, 0, 0}, {0, 0, 0, 0, 1, 0, 0}, {0, 0, 0, 0, 0, 1, 0}, {0, 0, 0, 0, 0, 0, 1} } }; // 初始化观测向量 ObservationVector z = {0.1, 0.2, 0.3, 0, 0, 9.8}; // 进行EKF算法 EKF(&x, &P, z, dt); // 输出结果 printf("q0 = %f, q1 = %f, q2 = %f, q3 = %f\n", x.q0, x.q1, x.q2, x.q3); printf("wx = %f, wy = %f, wz = %f\n", x.wx, x.wy, x.wz); // 返回 return 0; } // EKF算法 void EKF(StateVector *x, CovarianceMatrix *P, ObservationVector z, double dt) { // 定义中间变量 StateVector x_pred; CovarianceMatrix P_pred; CovarianceMatrix F; CovarianceMatrix Q; CovarianceMatrix H; CovarianceMatrix R; CovarianceMatrix K; ObservationVector z_pred; double y[6]; double S[6][6]; double det_S; double inv_S[6][6]; double temp[7][6]; // 预测状态 x_pred.q0 = x->q0 + 0.5 * (-x->q1 * x->wx - x->q2 * x->wy - x->q3 * x->wz) * dt; x_pred.q1 = x->q1 + 0.5 * (x->q0 * x->wx + x->q2 * x->wz - x->q3 * x->wy) * dt; x_pred.q2 = x->q2 + 0.5 * (x->q0 * x->wy - x->q1 * x->wz + x->q3 * x->wx) * dt; x_pred.q3 = x->q3 + 0.5 * (x->q0 * x->wz + x->q1 * x->wy - x->q2 * x->wx) * dt; x_pred.wx = x->wx; x_pred.wy = x->wy; x_pred.wz = x->wz; // 预测协方差 F.p[0][0] = 1; F.p[0][1] = -0.5 * x->wx * dt; F.p[0][2] = -0.5 * x->wy * dt; F.p[0][3] = -0.5 * x->wz * dt; F.p[0][4] = 0; F.p[0][5] = 0; F.p[0][6] = 0; F.p[1][0] = 0.5 * x->wx * dt; F.p[1][1] = 1; F.p[1][2] = 0.5 * x->wz * dt; F.p[1][3] = -0.5 * x->wy * dt; F.p[1][4] = 0; F.p[1][5] = 0; F.p[1][6] = 0; F.p[2][0] = 0.5 * x->wy * dt; F.p[2][1] = -0.5 * x->wz * dt; F.p[2][2] = 1; F.p[2][3] = 0.5 * x->wx * dt; F.p[2][4] = 0; F.p[2][5] = 0; F.p[2][6] = 0; F.p[3][0] = 0.5 * x->wz * dt; F.p[3][1] = 0.5 * x->wy * dt; F.p[3][2] = -0.5 * x->wx * dt; F.p[3][3] = 1; F.p[3][4] = 0; F.p[3][5] = 0; F.p[3][6] = 0; F.p[4][0] = 0; F.p[4][1] = 0; F.p[4][2] = 0; F.p[4][3] = 0; F.p[4][4] = 1; F.p[4][5] = 0; F.p[4][6] = 0; F.p[5][0] = 0; F.p[5][1] = 0; F.p[5][2] = 0; F.p[5][3] = 0; F.p[5][4] = 0; F.p[5][5] = 1; F.p[5][6] = 0; F.p[6][0] = 0; F.p[6][1] = 0; F.p[6][2] = 0; F.p[6][3] = 0; F.p[6][4] = 0; F.p[6][5] = 0; F.p[6][6] = 1; Q.p[0][0] = Q; Q.p[1][1] = Q; Q.p[2][2] = Q; Q.p[3][3] = Q; Q.p[4][4] = Q; Q.p[5][5] = Q; Q.p[6][6] = Q; P_pred = *P; for (int i = 0; i < 7; i++) { for (int j = 0; j < 7; j++) { for (int k = 0; k < 7; k++) { P_pred.p[i][j] += F.p[i][k] * P->p[k][j]; } } } for (int i = 0; i < 7; i++) { for (int j = 0; j < 7; j++) { for (int k = 0; k < 7; k++) { P_pred.p[i][j] += P->p[i][k] * F.p[j][k]; } } } for (int i = 0; i < 7; i++) { for (int j = 0; j < 7; j++) { for (int k = 0; k < 7; k++) { Q.p[i][j] += F.p[i][k] * Q.p[k][j]; } } } for (int i = 0; i < 7; i++) { for (int j = 0; j < 7; j++) { for (int k = 0; k < 7; k++) { Q.p[i][j] += Q.p[i][k] * F.p[j][k]; } } } // 更新状态 quaternion_multiply(&x_pred, *x); quaternion_normalize(&x_pred); // 更新协方差 H.p[0][0] = 2 * x->q0; H.p[0][1] = -2 * x->q3; H.p[0][2] = 2 * x->q2; H.p[0][3] = -2 * x->q1; H.p[0][4] = 0; H.p[0][5] = 0; H.p[0][6] = 0; H.p[1][0] = 2 * x->q1; H.p[1][1] = 2 * x->q2; H.p[1][2] = 2 * x->q3; H.p[1][3] = 2 * x->q0; H.p[1][4] = 0; H.p[1][5] = 0; H.p[1][6] = 0; H.p[2][0] = -2 * x->q2; H.p[2][1] = 2 * x->q1; H.p[2][2] = 2 * x->q0; H.p[2][3] = 2 * x->q3; H.p[2][4] = 0; H.p[2][5] = 0; H.p[2][6] = 0; H.p[3][0] = -2 * x->q3; H.p[3][1] = -2 * x->q0; H.p[3][2] = 2 * x->q1; H.p[3][3] = 2 * x->q2; H.p[3][4] = 0; H.p[3][5] = 0; H.p[3][6] = 0; H.p[4][0] = 0; H.p[4][1] = 0; H.p[4][2] = 0; H.p[4][3] = 0; H.p[4][4] = 1; H.p[4][5] = 0; H.p[4][6] = 0; H.p[5][0] = 0; H.p[5][1] = 0; H.p[5][2] = 0; H.p[5][3] = 0; H.p[5][4] = 0; H.p[5][5] = 1; H.p[5][6] = 0; R.p[0][0] = R; R.p[1][1] = R; R.p[2][2] = R; R.p[3][3] = R; R.p[4][4] = R; R.p[5][5] = R; for (int i = 0; i < 6; i++) { z_pred.mx = 2 * (x_pred.q1 * x_pred.q3 - x_pred.q0 * x_pred.q2); z_pred.my = 2 * (x_pred.q0 * x_pred.q1 + x_pred.q2 * x_pred.q3); z_pred.mz = x_pred.q0 * x_pred.q0 - x_pred.q1 * x_pred.q1 - x_pred.q2 * x_pred.q2 + x_pred.q3 * x_pred.q3; z_pred.ax = 2 * (x_pred.q1 * x_pred.q3 + x_pred.q0 * x_pred.q2); z_pred.ay = 2 * (x_pred.q0 * x_pred.q1 - x_pred.q2 * x_pred.q3); z_pred.az = x_pred.q0 * x_pred.q0 + x_pred.q1 * x_pred.q1 - x_pred.q2 * x_pred.q2 - x_pred.q3 * x_pred.q3; y[i] = z_pred.mx - z.mx; y[i + 3] = z_pred.my - z.my; } for (int i = 0; i < 6; i++) { for (int j = 0; j < 7; j++) { temp[j][i

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