在STM32中使用卡尔曼滤波算法,实现对三轴加速度传感器采集到的加速度进行滤波处理(C代码实现)
时间: 2024-03-20 11:39:28 浏览: 10
以下是在STM32中使用卡尔曼滤波算法,实现对三轴加速度传感器采集到的加速度进行滤波处理的C代码实现示例:
```c
#include "stm32f4xx.h"
/* 定义卡尔曼滤波器参数 */
#define Q 0.001 // 过程噪声协方差
#define R 0.01 // 测量噪声协方差
/* 定义状态估计向量和状态协方差矩阵 */
float X[3] = {0, 0, 0}; // 初始状态估计向量
float P[3][3] = {{1, 0, 0}, {0, 1, 0}, {0, 0, 1}}; // 初始状态协方差矩阵
/* 定义测量值矩阵 */
float Z[3] = {0, 0, 0}; // 初始测量值矩阵
/* 定义卡尔曼滤波器参数更新函数 */
void KalmanFilter_Update(float *X, float *P, float *Z, float *Acc)
{
float H[3][3] = {{1, 0, 0}, {0, 1, 0}, {0, 0, 1}}; // 测量矩阵
float K[3][3] = {0}; // 卡尔曼增益矩阵
float Y[3] = {0}; // 测量残差
float S[3][3] = {0}; // 测量残差协方差矩阵
float I[3][3] = {{1, 0, 0}, {0, 1, 0}, {0, 0, 1}}; // 单位矩阵
float F[3][3] = {{1, 0, 0}, {0, 1, 0}, {0, 0, 1}}; // 状态转移矩阵
float G[3][3] = {{0.5, 0, 0}, {0, 0.5, 0}, {0, 0, 0.5}}; // 过程噪声协方差矩阵
float Q[3][3] = {0}; // 过程噪声协方差矩阵
float R[3][3] = {0}; // 测量噪声协方差矩阵
/* 更新状态转移矩阵 */
F[0][1] = Acc[2];
F[0][2] = -Acc[1];
F[1][0] = -Acc[2];
F[1][2] = Acc[0];
F[2][0] = Acc[1];
F[2][1] = -Acc[0];
/* 更新过程噪声协方差矩阵 */
Q[0][0] = Q;
Q[1][1] = Q;
Q[2][2] = Q;
/* 更新测量噪声协方差矩阵 */
R[0][0] = R;
R[1][1] = R;
R[2][2] = R;
/* 进行状态预测 */
float XP[3] = {0}; // 预测状态估计向量
float PP[3][3] = {0}; // 预测状态协方差矩阵
for (int i=0; i<3; i++) {
for (int j=0; j<3; j++) {
XP[i] += F[i][j] * X[j];
PP[i][j] = F[i][j] * P[j][j] * F[j][i] + G[i][j] * Q[j][j];
}
}
/* 更新卡尔曼增益矩阵 */
for (int i=0; i<3; i++) {
for (int j=0; j<3; j++) {
S[i][j] = H[i][j] * PP[j][j] * H[j][i] + R[i][j];
}
}
for (int i=0; i<3; i++) {
for (int j=0; j<3; j++) {
K[i][j] = PP[i][j] * H[j][i] / S[j][j];
}
}
/* 更新状态估计向量和状态协方差矩阵 */
for (int i=0; i<3; i++) {
Y[i] = Z[i] - XP[i];
X[i] = XP[i] + K[i][i] * Y[i];
for (int j=0; j<3; j++) {
P[i][j] = (I[i][j] - K[i][j] * H[j][i]) * PP[j][j];
}
}
}
int main(void)
{
/* 初始化GPIO模块或者外设模块,读取加速度传感器数据 */
float Acc[3] = {0}; // 三轴加速度值
/* 循环进行卡尔曼滤波 */
while (1) {
/* 读取传感器数据 */
Acc[0] = ReadAccX();
Acc[1] = ReadAccY();
Acc[2] = ReadAccZ();
/* 进行卡尔曼滤波 */
KalmanFilter_Update(X, P, Z, Acc);
/* 输出滤波结果 */
float Acc_Filtered[3] = {0}; // 滤波后的三轴加速度值
Acc_Filtered[0] = X[0];
Acc_Filtered[1] = X[1];
Acc_Filtered[2] = X[2];
printf("Filtered acceleration: (%f, %f, %f)\n", Acc_Filtered[0], Acc_Filtered[1], Acc_Filtered[2]);
}
}
```
需要根据具体的应用场景进行设置卡尔曼滤波器的参数,以及读取加速度传感器数据的函数。同时需要注意,由于卡尔曼滤波算法需要进行大量的矩阵运算,因此需要使用高效的矩阵计算库或者手动优化矩阵计算代码,以提高算法的执行效率。