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 13:04:05 浏览: 86
基于Kalman滤波的姿态传感器算法代码
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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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