用c语言实现欧拉角、方向余弦矩阵、四元数之间的转化

时间: 2023-08-03 14:07:21 浏览: 241
欧拉角、方向余弦矩阵、四元数之间的转化可以通过一系列矩阵运算实现。下面是用C语言实现的代码: 1. 欧拉角转方向余弦矩阵 ```c #include <math.h> void euler2dcm(double roll, double pitch, double yaw, double dcm[3][3]) { double cr, sr, cp, sp, cy, sy; cr = cos(roll); sr = sin(roll); cp = cos(pitch); sp = sin(pitch); cy = cos(yaw); sy = sin(yaw); dcm[0][0] = cp * cy; dcm[0][1] = cp * sy; dcm[0][2] = -sp; dcm[1][0] = sr * sp * cy - cr * sy; dcm[1][1] = sr * sp * sy + cr * cy; dcm[1][2] = sr * cp; dcm[2][0] = cr * sp * cy + sr * sy; dcm[2][1] = cr * sp * sy - sr * cy; dcm[2][2] = cr * cp; } ``` 2. 方向余弦矩阵转欧拉角 ```c #include <math.h> void dcm2euler(double dcm[3][3], double *roll, double *pitch, double *yaw) { double cp = sqrt(dcm[0][0] * dcm[0][0] + dcm[1][0] * dcm[1][0]); if (cp > 1e-16) { *roll = atan2(dcm[2][1], dcm[2][2]); *pitch = atan2(-dcm[2][0], cp); *yaw = atan2(dcm[1][0], dcm[0][0]); } else { *roll = atan2(-dcm[1][2], dcm[1][1]); *pitch = atan2(-dcm[2][0], cp); *yaw = 0; } } ``` 3. 方向余弦矩阵转四元数 ```c #include <math.h> void dcm2quat(double dcm[3][3], double q[4]) { double tr = dcm[0][0] + dcm[1][1] + dcm[2][2]; if (tr > 0) { double s = sqrt(tr + 1.0) * 2; q[0] = (dcm[2][1] - dcm[1][2]) / s; q[1] = (dcm[0][2] - dcm[2][0]) / s; q[2] = (dcm[1][0] - dcm[0][1]) / s; q[3] = 0.25 * s; } else if ((dcm[0][0] > dcm[1][1]) && (dcm[0][0] > dcm[2][2])) { double s = sqrt(1.0 + dcm[0][0] - dcm[1][1] - dcm[2][2]) * 2; q[0] = 0.25 * s; q[1] = (dcm[0][1] + dcm[1][0]) / s; q[2] = (dcm[0][2] + dcm[2][0]) / s; q[3] = (dcm[2][1] - dcm[1][2]) / s; } else if (dcm[1][1] > dcm[2][2]) { double s = sqrt(1.0 + dcm[1][1] - dcm[0][0] - dcm[2][2]) * 2; q[0] = (dcm[0][1] + dcm[1][0]) / s; q[1] = 0.25 * s; q[2] = (dcm[1][2] + dcm[2][1]) / s; q[3] = (dcm[0][2] - dcm[2][0]) / s; } else { double s = sqrt(1.0 + dcm[2][2] - dcm[0][0] - dcm[1][1]) * 2; q[0] = (dcm[0][2] + dcm[2][0]) / s; q[1] = (dcm[1][2] + dcm[2][1]) / s; q[2] = 0.25 * s; q[3] = (dcm[1][0] - dcm[0][1]) / s; } } ``` 4. 四元数转方向余弦矩阵 ```c void quat2dcm(double q[4], double dcm[3][3]) { double q0q0 = q[0] * q[0]; double q0q1 = q[0] * q[1]; double q0q2 = q[0] * q[2]; double q0q3 = q[0] * q[3]; double q1q1 = q[1] * q[1]; double q1q2 = q[1] * q[2]; double q1q3 = q[1] * q[3]; double q2q2 = q[2] * q[2]; double q2q3 = q[2] * q[3]; double q3q3 = q[3] * q[3]; dcm[0][0] = q0q0 + q1q1 - q2q2 - q3q3; dcm[0][1] = 2 * (q1q2 - q0q3); dcm[0][2] = 2 * (q1q3 + q0q2); dcm[1][0] = 2 * (q1q2 + q0q3); dcm[1][1] = q0q0 - q1q1 + q2q2 - q3q3; dcm[1][2] = 2 * (q2q3 - q0q1); dcm[2][0] = 2 * (q1q3 - q0q2); dcm[2][1] = 2 * (q2q3 + q0q1); dcm[2][2] = q0q0 - q1q1 - q2q2 + q3q3; } ``` 注意:在C语言中,多维数组的内存布局是连续的,因此可以将二维数组看作一维数组来访问元素。在上面的代码中,我们将dcm数组声明为3x3的二维数组,但在函数中使用时,将其看作一个长度为9的一维数组来访问元素。
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