用matlab中的s函数实现基于拓展卡尔曼滤波的三个姿态角感知(传感器为一个三轴加速度计、一个三轴陀螺仪、一个三轴磁强计;采用四元数进行计算)给出代码

时间: 2023-06-20 12:04:05 浏览: 34
以下是一个基于拓展卡尔曼滤波的三个姿态角感知的 MATLAB 代码,使用了一个三轴加速度计、一个三轴陀螺仪和一个三轴磁强计进行传感器数据采集,并且使用四元数进行计算: ```matlab function [Roll, Pitch, Yaw] = extendedKalmanFilter(acc, gyro, mag, Ts, q, r) % acc: 三轴加速度计数据,3xN数组,N是采样点数 % gyro: 三轴陀螺仪数据,3xN数组,N是采样点数 % mag: 三轴磁强计数据,3xN数组,N是采样点数 % Ts: 采样时间间隔(秒) % q: 系统噪声协方差矩阵 % r: 测量噪声协方差矩阵 N = size(acc,2); % 采样点数 % 初始化状态向量和协方差矩阵 x = [1;0;0;0]; P = eye(4); % 初始化输出变量 Roll = zeros(1,N); Pitch = zeros(1,N); Yaw = zeros(1,N); for i=1:N % 读取传感器数据 a = acc(:,i); g = gyro(:,i); m = mag(:,i); % 计算采样时间间隔 if i > 1 dt = Ts*(i-1) - Ts*(i-2); else dt = Ts; end % 计算状态转移矩阵 F = [eye(4)+0.5*dt*skew(g)]; % 计算控制输入矩阵 B = [zeros(4,3); -0.5*dt*eye(3)]; % 预测状态和协方差 x_minus = F*x; P_minus = F*P*F' + B*q*B'; % 计算测量矩阵 H = [-2*x(3) 2*x(4) -2*x(1) 2*x(2); 2*x(2) 2*x(1) 2*x(4) 2*x(3); 2*x(1) -2*x(2) -2*x(3) 2*x(4)]; % 计算卡尔曼增益 K = P_minus*H'/(H*P_minus*H' + r); % 计算测量向量 z = [a; m]; % 更新状态和协方差 x = x_minus + K*(z - H*x_minus); P = (eye(4) - K*H)*P_minus; % 将四元数转换为欧拉角 [Roll(i), Pitch(i), Yaw(i)] = quat2angle(x'); end end function S = skew(v) % 将向量转换为反对称矩阵 S = [ 0 -v(3) v(2); v(3) 0 -v(1); -v(2) v(1) 0]; end ``` 其中,`acc`、`gyro` 和 `mag` 分别是三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁强计的数据,每个传感器的数据都是一个 $3 \times N$ 的矩阵,其中 $N$ 是采样点数。`Ts` 是采样时间间隔,`q` 是系统噪声协方差矩阵,`r` 是测量噪声协方差矩阵。`Roll`、`Pitch` 和 `Yaw` 分别是三个欧拉角的输出结果。 该函数的主要步骤如下: 1. 初始化状态向量和协方差矩阵。 2. 对于每个采样点,计算状态转移矩阵、控制输入矩阵和测量矩阵。 3. 预测状态和协方差。 4. 计算卡尔曼增益。 5. 计算测量向量。 6. 更新状态和协方差。 7. 将四元数转换为欧拉角。 在代码中,我们使用了一个 `skew` 函数,将向量转换为反对称矩阵。`quat2angle` 函数将四元数转换为欧拉角。

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