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AP_NavEKF2: Improve efficiency of Z magnetometer fusion

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Paul Riseborough 2015-10-16 21:03:08 +11:00 committed by Andrew Tridgell
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56
libraries/AP_NavEKF2/AP_NavEKF2_MagFusion.cpp
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@ -367,14 +367,14 @@ void NavEKF2_core::FuseMagnetometer()
// calculate observation jacobians // calculate observation jacobians
for (uint8_t i = 0; i<=stateIndexLim; i++) H_MAG[i] = 0.0f; for (uint8_t i = 0; i<=stateIndexLim; i++) H_MAG[i] = 0.0f;
H_MAG[0] = magN*(SH_MAG[8] - 2*q1*q2) - magD*SH_MAG[3] - magE*SH_MAG[0]; H_MAG[0] = magN*(SH_MAG[8] - 2*q1*q2) - magD*SH_MAG[3] - magE*SH_MAG[0];
H_MAG[1] = magE*SH_MAG[4] + magN*SH_MAG[1] - magD*(2*q0*q2 - 2*q1*q3); H_MAG[1] = magE*SH_MAG[4] + magD*SH_MAG[7] + magN*SH_MAG[1];
H_MAG[16] = SH_MAG[5]; H_MAG[16] = SH_MAG[5];
H_MAG[17] = 2*q2*q3 - 2*q0*q1; H_MAG[17] = 2*q2*q3 - 2*q0*q1;
H_MAG[18] = SH_MAG[2]; H_MAG[18] = SH_MAG[2];
H_MAG[21] = 1; H_MAG[21] = 1;
// calculate Kalman gain // calculate Kalman gain
varInnovMag[2] = (P[21][21] + R_MAG + P[16][21]*SH_MAG[5] + P[18][21]*SH_MAG[2] + SH_MAG[5]*(P[21][16] + P[16][16]*SH_MAG[5] + P[18][16]*SH_MAG[2] - P[0][16]*(magE*SH_MAG[0] + magD*SH_MAG[3] - magN*(SH_MAG[8] - 2*q1*q2)) - P[17][16]*(2*q0*q1 - 2*q2*q3) + P[1][16]*(magE*SH_MAG[4] + magN*SH_MAG[1] - magD*(2*q0*q2 - 2*q1*q3))) + SH_MAG[2]*(P[21][18] + P[16][18]*SH_MAG[5] + P[18][18]*SH_MAG[2] - P[0][18]*(magE*SH_MAG[0] + magD*SH_MAG[3] - magN*(SH_MAG[8] - 2*q1*q2)) - P[17][18]*(2*q0*q1 - 2*q2*q3) + P[1][18]*(magE*SH_MAG[4] + magN*SH_MAG[1] - magD*(2*q0*q2 - 2*q1*q3))) - P[0][21]*(magE*SH_MAG[0] + magD*SH_MAG[3] - magN*(SH_MAG[8] - 2*q1*q2)) - (magE*SH_MAG[0] + magD*SH_MAG[3] - magN*(SH_MAG[8] - 2*q1*q2))*(P[21][0] + P[16][0]*SH_MAG[5] + P[18][0]*SH_MAG[2] - P[0][0]*(magE*SH_MAG[0] + magD*SH_MAG[3] - magN*(SH_MAG[8] - 2*q1*q2)) - P[17][0]*(2*q0*q1 - 2*q2*q3) + P[1][0]*(magE*SH_MAG[4] + magN*SH_MAG[1] - magD*(2*q0*q2 - 2*q1*q3))) - P[17][21]*(2*q0*q1 - 2*q2*q3) - (2*q0*q1 - 2*q2*q3)*(P[21][17] + P[16][17]*SH_MAG[5] + P[18][17]*SH_MAG[2] - P[0][17]*(magE*SH_MAG[0] + magD*SH_MAG[3] - magN*(SH_MAG[8] - 2*q1*q2)) - P[17][17]*(2*q0*q1 - 2*q2*q3) + P[1][17]*(magE*SH_MAG[4] + magN*SH_MAG[1] - magD*(2*q0*q2 - 2*q1*q3))) + P[1][21]*(magE*SH_MAG[4] + magN*SH_MAG[1] - magD*(2*q0*q2 - 2*q1*q3)) + (magE*SH_MAG[4] + magN*SH_MAG[1] - magD*(2*q0*q2 - 2*q1*q3))*(P[21][1] + P[16][1]*SH_MAG[5] + P[18][1]*SH_MAG[2] - P[0][1]*(magE*SH_MAG[0] + magD*SH_MAG[3] - magN*(SH_MAG[8] - 2*q1*q2)) - P[17][1]*(2*q0*q1 - 2*q2*q3) + P[1][1]*(magE*SH_MAG[4] + magN*SH_MAG[1] - magD*(2*q0*q2 - 2*q1*q3)))); varInnovMag[2] = (P[21][21] + R_MAG + P[16][21]*SH_MAG[5] + P[18][21]*SH_MAG[2] - (2*q0*q1 - 2*q2*q3)*(P[21][17] + P[16][17]*SH_MAG[5] + P[18][17]*SH_MAG[2] - P[0][17]*(magE*SH_MAG[0] + magD*SH_MAG[3] - magN*(SH_MAG[8] - 2*q1*q2)) + P[1][17]*(magE*SH_MAG[4] + magD*SH_MAG[7] + magN*SH_MAG[1]) - P[17][17]*(2*q0*q1 - 2*q2*q3)) - P[0][21]*(magE*SH_MAG[0] + magD*SH_MAG[3] - magN*(SH_MAG[8] - 2*q1*q2)) + P[1][21]*(magE*SH_MAG[4] + magD*SH_MAG[7] + magN*SH_MAG[1]) + SH_MAG[5]*(P[21][16] + P[16][16]*SH_MAG[5] + P[18][16]*SH_MAG[2] - P[0][16]*(magE*SH_MAG[0] + magD*SH_MAG[3] - magN*(SH_MAG[8] - 2*q1*q2)) + P[1][16]*(magE*SH_MAG[4] + magD*SH_MAG[7] + magN*SH_MAG[1]) - P[17][16]*(2*q0*q1 - 2*q2*q3)) + SH_MAG[2]*(P[21][18] + P[16][18]*SH_MAG[5] + P[18][18]*SH_MAG[2] - P[0][18]*(magE*SH_MAG[0] + magD*SH_MAG[3] - magN*(SH_MAG[8] - 2*q1*q2)) + P[1][18]*(magE*SH_MAG[4] + magD*SH_MAG[7] + magN*SH_MAG[1]) - P[17][18]*(2*q0*q1 - 2*q2*q3)) - (magE*SH_MAG[0] + magD*SH_MAG[3] - magN*(SH_MAG[8] - 2*q1*q2))*(P[21][0] + P[16][0]*SH_MAG[5] + P[18][0]*SH_MAG[2] - P[0][0]*(magE*SH_MAG[0] + magD*SH_MAG[3] - magN*(SH_MAG[8] - 2*q1*q2)) + P[1][0]*(magE*SH_MAG[4] + magD*SH_MAG[7] + magN*SH_MAG[1]) - P[17][0]*(2*q0*q1 - 2*q2*q3)) - P[17][21]*(2*q0*q1 - 2*q2*q3) + (magE*SH_MAG[4] + magD*SH_MAG[7] + magN*SH_MAG[1])*(P[21][1] + P[16][1]*SH_MAG[5] + P[18][1]*SH_MAG[2] - P[0][1]*(magE*SH_MAG[0] + magD*SH_MAG[3] - magN*(SH_MAG[8] - 2*q1*q2)) + P[1][1]*(magE*SH_MAG[4] + magD*SH_MAG[7] + magN*SH_MAG[1]) - P[17][1]*(2*q0*q1 - 2*q2*q3)));
if (varInnovMag[2] >= R_MAG) { if (varInnovMag[2] >= R_MAG) {
SK_MZ[0] = 1.0f / varInnovMag[2]; SK_MZ[0] = 1.0f / varInnovMag[2];
faultStatus.bad_zmag = false; faultStatus.bad_zmag = false;
@ -386,41 +386,41 @@ void NavEKF2_core::FuseMagnetometer()
faultStatus.bad_zmag = true; faultStatus.bad_zmag = true;
return; return;
} }
SK_MZ[1] = magE*SH_MAG[4] + magN*SH_MAG[1] - magD*(2*q0*q2 - 2*q1*q3); SK_MZ[1] = magE*SH_MAG[0] + magD*SH_MAG[3] - magN*(SH_MAG[8] - 2*q1*q2);
SK_MZ[2] = magE*SH_MAG[0] + magD*SH_MAG[3] - magN*(SH_MAG[8] - 2*q1*q2); SK_MZ[2] = magE*SH_MAG[4] + magD*SH_MAG[7] + magN*SH_MAG[1];
SK_MZ[3] = 2*q0*q1 - 2*q2*q3; SK_MZ[3] = 2*q0*q1 - 2*q2*q3;
Kfusion[0] = SK_MZ[0]*(P[0][21] + P[0][18]*SH_MAG[2] + P[0][16]*SH_MAG[5] - P[0][0]*SK_MZ[2] + P[0][1]*SK_MZ[1] - P[0][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[0] = SK_MZ[0]*(P[0][21] + P[0][18]*SH_MAG[2] + P[0][16]*SH_MAG[5] - P[0][0]*SK_MZ[1] + P[0][1]*SK_MZ[2] - P[0][17]*SK_MZ[3]);
Kfusion[1] = SK_MZ[0]*(P[1][21] + P[1][18]*SH_MAG[2] + P[1][16]*SH_MAG[5] - P[1][0]*SK_MZ[2] + P[1][1]*SK_MZ[1] - P[1][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[1] = SK_MZ[0]*(P[1][21] + P[1][18]*SH_MAG[2] + P[1][16]*SH_MAG[5] - P[1][0]*SK_MZ[1] + P[1][1]*SK_MZ[2] - P[1][17]*SK_MZ[3]);
Kfusion[2] = SK_MZ[0]*(P[2][21] + P[2][18]*SH_MAG[2] + P[2][16]*SH_MAG[5] - P[2][0]*SK_MZ[2] + P[2][1]*SK_MZ[1] - P[2][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[2] = SK_MZ[0]*(P[2][21] + P[2][18]*SH_MAG[2] + P[2][16]*SH_MAG[5] - P[2][0]*SK_MZ[1] + P[2][1]*SK_MZ[2] - P[2][17]*SK_MZ[3]);
Kfusion[3] = SK_MZ[0]*(P[3][21] + P[3][18]*SH_MAG[2] + P[3][16]*SH_MAG[5] - P[3][0]*SK_MZ[2] + P[3][1]*SK_MZ[1] - P[3][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[3] = SK_MZ[0]*(P[3][21] + P[3][18]*SH_MAG[2] + P[3][16]*SH_MAG[5] - P[3][0]*SK_MZ[1] + P[3][1]*SK_MZ[2] - P[3][17]*SK_MZ[3]);
Kfusion[4] = SK_MZ[0]*(P[4][21] + P[4][18]*SH_MAG[2] + P[4][16]*SH_MAG[5] - P[4][0]*SK_MZ[2] + P[4][1]*SK_MZ[1] - P[4][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[4] = SK_MZ[0]*(P[4][21] + P[4][18]*SH_MAG[2] + P[4][16]*SH_MAG[5] - P[4][0]*SK_MZ[1] + P[4][1]*SK_MZ[2] - P[4][17]*SK_MZ[3]);
Kfusion[5] = SK_MZ[0]*(P[5][21] + P[5][18]*SH_MAG[2] + P[5][16]*SH_MAG[5] - P[5][0]*SK_MZ[2] + P[5][1]*SK_MZ[1] - P[5][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[5] = SK_MZ[0]*(P[5][21] + P[5][18]*SH_MAG[2] + P[5][16]*SH_MAG[5] - P[5][0]*SK_MZ[1] + P[5][1]*SK_MZ[2] - P[5][17]*SK_MZ[3]);
Kfusion[6] = SK_MZ[0]*(P[6][21] + P[6][18]*SH_MAG[2] + P[6][16]*SH_MAG[5] - P[6][0]*SK_MZ[2] + P[6][1]*SK_MZ[1] - P[6][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[6] = SK_MZ[0]*(P[6][21] + P[6][18]*SH_MAG[2] + P[6][16]*SH_MAG[5] - P[6][0]*SK_MZ[1] + P[6][1]*SK_MZ[2] - P[6][17]*SK_MZ[3]);
Kfusion[7] = SK_MZ[0]*(P[7][21] + P[7][18]*SH_MAG[2] + P[7][16]*SH_MAG[5] - P[7][0]*SK_MZ[2] + P[7][1]*SK_MZ[1] - P[7][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[7] = SK_MZ[0]*(P[7][21] + P[7][18]*SH_MAG[2] + P[7][16]*SH_MAG[5] - P[7][0]*SK_MZ[1] + P[7][1]*SK_MZ[2] - P[7][17]*SK_MZ[3]);
Kfusion[8] = SK_MZ[0]*(P[8][21] + P[8][18]*SH_MAG[2] + P[8][16]*SH_MAG[5] - P[8][0]*SK_MZ[2] + P[8][1]*SK_MZ[1] - P[8][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[8] = SK_MZ[0]*(P[8][21] + P[8][18]*SH_MAG[2] + P[8][16]*SH_MAG[5] - P[8][0]*SK_MZ[1] + P[8][1]*SK_MZ[2] - P[8][17]*SK_MZ[3]);
Kfusion[9] = SK_MZ[0]*(P[9][21] + P[9][18]*SH_MAG[2] + P[9][16]*SH_MAG[5] - P[9][0]*SK_MZ[2] + P[9][1]*SK_MZ[1] - P[9][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[9] = SK_MZ[0]*(P[9][21] + P[9][18]*SH_MAG[2] + P[9][16]*SH_MAG[5] - P[9][0]*SK_MZ[1] + P[9][1]*SK_MZ[2] - P[9][17]*SK_MZ[3]);
Kfusion[10] = SK_MZ[0]*(P[10][21] + P[10][18]*SH_MAG[2] + P[10][16]*SH_MAG[5] - P[10][0]*SK_MZ[2] + P[10][1]*SK_MZ[1] - P[10][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[10] = SK_MZ[0]*(P[10][21] + P[10][18]*SH_MAG[2] + P[10][16]*SH_MAG[5] - P[10][0]*SK_MZ[1] + P[10][1]*SK_MZ[2] - P[10][17]*SK_MZ[3]);
Kfusion[11] = SK_MZ[0]*(P[11][21] + P[11][18]*SH_MAG[2] + P[11][16]*SH_MAG[5] - P[11][0]*SK_MZ[2] + P[11][1]*SK_MZ[1] - P[11][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[11] = SK_MZ[0]*(P[11][21] + P[11][18]*SH_MAG[2] + P[11][16]*SH_MAG[5] - P[11][0]*SK_MZ[1] + P[11][1]*SK_MZ[2] - P[11][17]*SK_MZ[3]);
Kfusion[12] = SK_MZ[0]*(P[12][21] + P[12][18]*SH_MAG[2] + P[12][16]*SH_MAG[5] - P[12][0]*SK_MZ[2] + P[12][1]*SK_MZ[1] - P[12][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[12] = SK_MZ[0]*(P[12][21] + P[12][18]*SH_MAG[2] + P[12][16]*SH_MAG[5] - P[12][0]*SK_MZ[1] + P[12][1]*SK_MZ[2] - P[12][17]*SK_MZ[3]);
Kfusion[13] = SK_MZ[0]*(P[13][21] + P[13][18]*SH_MAG[2] + P[13][16]*SH_MAG[5] - P[13][0]*SK_MZ[2] + P[13][1]*SK_MZ[1] - P[13][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[13] = SK_MZ[0]*(P[13][21] + P[13][18]*SH_MAG[2] + P[13][16]*SH_MAG[5] - P[13][0]*SK_MZ[1] + P[13][1]*SK_MZ[2] - P[13][17]*SK_MZ[3]);
Kfusion[14] = SK_MZ[0]*(P[14][21] + P[14][18]*SH_MAG[2] + P[14][16]*SH_MAG[5] - P[14][0]*SK_MZ[2] + P[14][1]*SK_MZ[1] - P[14][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[14] = SK_MZ[0]*(P[14][21] + P[14][18]*SH_MAG[2] + P[14][16]*SH_MAG[5] - P[14][0]*SK_MZ[1] + P[14][1]*SK_MZ[2] - P[14][17]*SK_MZ[3]);
Kfusion[15] = SK_MZ[0]*(P[15][21] + P[15][18]*SH_MAG[2] + P[15][16]*SH_MAG[5] - P[15][0]*SK_MZ[2] + P[15][1]*SK_MZ[1] - P[15][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[15] = SK_MZ[0]*(P[15][21] + P[15][18]*SH_MAG[2] + P[15][16]*SH_MAG[5] - P[15][0]*SK_MZ[1] + P[15][1]*SK_MZ[2] - P[15][17]*SK_MZ[3]);
// zero Kalman gains to inhibit wind state estimation // zero Kalman gains to inhibit wind state estimation
if (!inhibitWindStates) { if (!inhibitWindStates) {
Kfusion[22] = SK_MZ[0]*(P[22][21] + P[22][18]*SH_MAG[2] + P[22][16]*SH_MAG[5] - P[22][0]*SK_MZ[2] + P[22][1]*SK_MZ[1] - P[22][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[22] = SK_MZ[0]*(P[22][21] + P[22][18]*SH_MAG[2] + P[22][16]*SH_MAG[5] - P[22][0]*SK_MZ[1] + P[22][1]*SK_MZ[2] - P[22][17]*SK_MZ[3]);
Kfusion[23] = SK_MZ[0]*(P[23][21] + P[23][18]*SH_MAG[2] + P[23][16]*SH_MAG[5] - P[23][0]*SK_MZ[2] + P[23][1]*SK_MZ[1] - P[23][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[23] = SK_MZ[0]*(P[23][21] + P[23][18]*SH_MAG[2] + P[23][16]*SH_MAG[5] - P[23][0]*SK_MZ[1] + P[23][1]*SK_MZ[2] - P[23][17]*SK_MZ[3]);
} else { } else {
Kfusion[22] = 0.0f; Kfusion[22] = 0.0f;
Kfusion[23] = 0.0f; Kfusion[23] = 0.0f;
} }
// zero Kalman gains to inhibit magnetic field state estimation // zero Kalman gains to inhibit magnetic field state estimation
if (!inhibitMagStates) { if (!inhibitMagStates) {
Kfusion[16] = SK_MZ[0]*(P[16][21] + P[16][18]*SH_MAG[2] + P[16][16]*SH_MAG[5] - P[16][0]*SK_MZ[2] + P[16][1]*SK_MZ[1] - P[16][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[16] = SK_MZ[0]*(P[16][21] + P[16][18]*SH_MAG[2] + P[16][16]*SH_MAG[5] - P[16][0]*SK_MZ[1] + P[16][1]*SK_MZ[2] - P[16][17]*SK_MZ[3]);
Kfusion[17] = SK_MZ[0]*(P[17][21] + P[17][18]*SH_MAG[2] + P[17][16]*SH_MAG[5] - P[17][0]*SK_MZ[2] + P[17][1]*SK_MZ[1] - P[17][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[17] = SK_MZ[0]*(P[17][21] + P[17][18]*SH_MAG[2] + P[17][16]*SH_MAG[5] - P[17][0]*SK_MZ[1] + P[17][1]*SK_MZ[2] - P[17][17]*SK_MZ[3]);
Kfusion[18] = SK_MZ[0]*(P[18][21] + P[18][18]*SH_MAG[2] + P[18][16]*SH_MAG[5] - P[18][0]*SK_MZ[2] + P[18][1]*SK_MZ[1] - P[18][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[18] = SK_MZ[0]*(P[18][21] + P[18][18]*SH_MAG[2] + P[18][16]*SH_MAG[5] - P[18][0]*SK_MZ[1] + P[18][1]*SK_MZ[2] - P[18][17]*SK_MZ[3]);
Kfusion[19] = SK_MZ[0]*(P[19][21] + P[19][18]*SH_MAG[2] + P[19][16]*SH_MAG[5] - P[19][0]*SK_MZ[2] + P[19][1]*SK_MZ[1] - P[19][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[19] = SK_MZ[0]*(P[19][21] + P[19][18]*SH_MAG[2] + P[19][16]*SH_MAG[5] - P[19][0]*SK_MZ[1] + P[19][1]*SK_MZ[2] - P[19][17]*SK_MZ[3]);
Kfusion[20] = SK_MZ[0]*(P[20][21] + P[20][18]*SH_MAG[2] + P[20][16]*SH_MAG[5] - P[20][0]*SK_MZ[2] + P[20][1]*SK_MZ[1] - P[20][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[20] = SK_MZ[0]*(P[20][21] + P[20][18]*SH_MAG[2] + P[20][16]*SH_MAG[5] - P[20][0]*SK_MZ[1] + P[20][1]*SK_MZ[2] - P[20][17]*SK_MZ[3]);
Kfusion[21] = SK_MZ[0]*(P[21][21] + P[21][18]*SH_MAG[2] + P[21][16]*SH_MAG[5] - P[21][0]*SK_MZ[2] + P[21][1]*SK_MZ[1] - P[21][17]*SK_MZ[3]); Kfusion[21] = SK_MZ[0]*(P[21][21] + P[21][18]*SH_MAG[2] + P[21][16]*SH_MAG[5] - P[21][0]*SK_MZ[1] + P[21][1]*SK_MZ[2] - P[21][17]*SK_MZ[3]);
} else { } else {
for (uint8_t i=16; i<=21; i++) { for (uint8_t i=16; i<=21; i++) {
Kfusion[i] = 0.0f; Kfusion[i] = 0.0f;