EKF c语言 六轴姿态融合算法

时间: 2023-12-14 12:34:42 浏览: 59
根据提供的引用内容,EKF C语言六轴姿态融合算法是一种使用扩展卡尔曼滤波器(EKF)进行六轴姿态融合的算法。该算法使用加速度计和磁力计来估计姿态,并使用EKF来融合两个感器的数据。在加速度计为0的条件下,该算法可以准确地估计姿态。在后续的融合算法中,加速度计和磁力计只起到修正的作用,影响不大。 以下是一个简单的EKF C语言六轴姿态融合算法的示例: ```c #include <stdio.h> #include <math.h> #define PI 3.14159265358979323846 // 定义加速度计和磁力计的数据结构 typedef struct { double x; double y; double z; } Vector3; // 定义姿态的数据结构 typedef struct { double roll; double pitch; double yaw; } Attitude; // 定义EKF的数据结构 typedef struct { double q0; double q1; double q2; double q3; double p[3]; double k[4]; double h[4]; double f[16]; double q[16]; double r[4]; double x[4]; double z[4]; double y[4]; double s[4]; double t[16]; } EKF; // 初始化EKF void EKF_Init(EKF *ekf) { ekf->q0 = 1.0; ekf->q1 = 0.0; ekf->q2 = 0.0; ekf->q3 = 0.0; ekf->p[0] = 0.0; ekf->p[1] = 0.0; ekf->p[2] = 0.0; ekf->k[0] = 0.0; ekf->k[1] = 0.0; ekf->k[2] = 0.0; ekf->k[3] = 0.0; ekf->h[0] = 0.0; ekf->h[1] = 0.0; ekf->h[2] = 0.0; ekf->h[3] = 0.0; ekf->f[0] = 1.0; ekf->f[1] = 0.0; ekf->f[2] = 0.0; ekf->f[3] = 0.0; ekf->f[4] = 0.0; ekf->f[5] = 1.0; ekf->f[6] = 0.0; ekf->f[7] = 0.0; ekf->f[8] = 0.0; ekf->f[9] = 0.0; ekf->f[10] = 1.0; ekf->f[11] = 0.0; ekf->f[12] = 0.0; ekf->f[13] = 0.0; ekf->f[14] = 0.0; ekf->f[15] = 1.0; ekf->q[0] = 0.01; ekf->q[1] = 0.0; ekf->q[2] = 0.0; ekf->q[3] = 0.0; ekf->q[4] = 0.0; ekf->q[5] = 0.01; ekf->q[6] = 0.0; ekf->q[7] = 0.0; ekf->q[8] = 0.0; ekf->q[9] = 0.0; ekf->q[10] = 0.01; ekf->q[11] = 0.0; ekf->q[12] = 0.0; ekf->q[13] = 0.0; ekf->q[14] = 0.0; ekf->q[15] = 0.01; ekf->r[0] = 0.1; ekf->r[1] = 0.0; ekf->r[2] = 0.0; ekf->r[3] = 0.1; ekf->x[0] = 1.0; ekf->x[1] = 0.0; ekf->x[2] = 0.0; ekf->x[3] = 0.0; } // 更新EKF void EKF_Update(EKF *ekf, Vector3 acc, Vector3 mag, double dt) { double ax = acc.x; double ay = acc.y; double az = acc.z; double mx = mag.x; double my = mag.y; double mz = mag.z; double q0 = ekf->q0; double q1 = ekf->q1; double q2 = ekf->q2; double q3 = ekf->q3; double p0 = ekf->p[0]; double p1 = ekf->p[1]; double p2 = ekf->p[2]; double k0 = ekf->k[0]; double k1 = ekf->k[1]; double k2 = ekf->k[2]; double k3 = ekf->k[3]; double h0 = ekf->h[0]; double h1 = ekf->h[1]; double h2 = ekf->h[2]; double h3 = ekf->h[3]; double f0 = ekf->f[0]; double f1 = ekf->f[1]; double f2 = ekf->f[2]; double f3 = ekf->f[3]; double f4 = ekf->f[4]; double f5 = ekf->f[5]; double f6 = ekf->f[6]; double f7 = ekf->f[7]; double f8 = ekf->f[8]; double f9 = ekf->f[9]; double f10 = ekf->f[10]; double f11 = ekf->f[11]; double f12 = ekf->f[12]; double f13 = ekf->f[13]; double f14 = ekf->f[14]; double f15 = ekf->f[15]; double q0q0 = q0 * q0; double q0q1 = q0 * q1; double q0q2 = q0 * q2; double q0q3 = q0 * q3; double q1q1 = q1 * q1; double q1q2 = q1 * q2; double q1q3 = q1 * q3; double q2q2 = q2 * q2; double q2q3 = q2 * q3; double q3q3 = q3 * q3; double norm; double hx; double hy; double hz; double bx; double bz; double vx; double vy; double vz; double wx; double wy; double wz; double ex; double ey; double ez; double qa; double qb; double qc; double qd; double s0; double s1; double s2; double s3; double s4; double s5; double s6; double s7; double s8; double s9; double s10; double s11; double s12; double s13; double s14; double s15; double t0; double t1; double t2; double t3; double t4; double t5; double t6; double t7; double t8; double t9; double t10; double t11; double t12; double t13; double t14; double t15; // 计算加速度计和磁力计的模 norm = sqrt(ax * ax + ay * ay + az * az); ax /= norm; ay /= norm; az /= norm; norm = sqrt(mx * mx + my * my + mz * mz); mx /= norm; my /= norm; mz /= norm; // 计算磁力计的方向 hx = mx * q0q0 - 2.0 * q0 * my * q3 + 2.0 * q0 * mz * q2 + mx * q1q1 + 2.0 * q1 * my * q2 + 2.0 * q1 * mz * q3 - mx * q2q2 - my * q1q1 + 2.0 * q2 * mz * q3 - mz * q0q0 - mz * q1q1; hy = 2.0 * q0 * mx * q3 + my * q0q0 - 2.0 * q0 * mz * q1 + 2.0 * q1 * mx * q2 - my * q2q2 + my * q3q3 + 2.0 * q2 * mz * q3 - mz * q1q1 - mz * q2q2; hz = 2.0 * q0 * my * q1 + 2.0 * q0 * mz * q0 + mz * q1q1 - my * q2q2 + 2.0 * q1 * mx * q3 - mz * q3q3 + 2.0 * q2 * my * q3 - mx * q1q1 - mx * q2q2; bx = sqrt((hx * hx) + (hy * hy)); bz = hz; // 计算预测状态 vx = 2.0 * (q1q3 - q0q2); vy = 2.0 * (q0q1 + q2q3); vz = q0q0 - q1q1 - q2q2 + q3q3; wx = 2.0 * bx * (0.5 - q2q2 - q3q3) + 2.0 * bz * (q1q3 - q0q2); wy = 2.0 * bx * (q1q2 - q0q3) + 2.0 * bz * (q0q1 + q2q3); wz = 2.0 * bx * (q0q2 + q1q3) + 2.0 * bz * (0.5 - q1q1 - q2q2); ex = (ay * vz - az * vy) + (my * wz - mz * wy); ey = (az * vx - ax * vz) + (mz * wx - mx * wz); ez = (ax * vy - ay * vx) + (mx * wy - my * wx); ekf->x[0] += dt * (q1 * ex + q2 * ey + q3 * ez); ekf->x[1] += dt * (q0 * ex + q2 * ez - q3 * ey); ekf->x[2] += dt * (q0 * ey - q1 * ez + q3 * ex); ekf->x[3] += dt * (q0 * ez + q1 * ey - q2 * ex); // 计算雅可比矩阵 s0 = q0q0 + q1q1 - q2q2 - q3q3; s1 = 2.0 * (q1 * q2 + q0 * q3); s2 = 2.0 * (q1 * q3 - q0 * q2); s3 = 2.0 * (q1 * q2 - q0 * q3); s4 = q0q0 - q1q1 + q2q2 - q3q3; s5 = 2.0 * (q2 * q3 + q0 * q1); s6 = 2.0 * (q1 * q3 + q0 * q2); s7 = 2.0 * (q2 * q3 - q0 * q1); s8 = q0q0 - q1q1 - q2q2 + q3q3; t0 = 2.0 * (-q2q2 - q3q3); t1 = 2.0 * (q1q2 - q0q3); t2 = 2.0 * (q1q3 + q0q2); t3 = 2.0 * (q1q2 + q0q3); t4 = 2.0 * (-q1q1 - q3q3); t5 = 2.0 * (q

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