From 2fedbc8a18cd0c60372a16a9e9e0582a7b7a0888 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Paul Riseborough Date: Thu, 27 Oct 2016 15:13:37 +1100 Subject: [PATCH] EKF: Refresh sideslip fusion auto-code and improve covariance update efficiency --- EKF/sideslip_fusion.cpp | 187 +++++++++++++++++++++------------------- 1 file changed, 100 insertions(+), 87 deletions(-) diff --git a/EKF/sideslip_fusion.cpp b/EKF/sideslip_fusion.cpp index 60cd80c125..7141212627 100644 --- a/EKF/sideslip_fusion.cpp +++ b/EKF/sideslip_fusion.cpp @@ -80,26 +80,25 @@ void Ekf::fuseSideslip() // perform fusion of assumed sideslip = 0 if (rel_wind(0) > 7.0f){ - // Calculate the observation jacobians // intermediate variable from algebraic optimisation - SH_BETA[0] = (ve - vwe)*(sq(q0) - sq(q1) + sq(q2) - sq(q3)) + vd*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) - (vn - vwn)*(2.0f*q0*q3 - 2.0f*q1*q2); - if (fabsf(SH_BETA[0]) <= 1e-9f) { - return; - } - SH_BETA[1] = (ve - vwe)*(sq(q0) - sq(q1) + sq(q2) - sq(q3)) + vd*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) - (vn - vwn)*(2.0f*q0*q3 - 2.0f*q1*q2); - SH_BETA[2] = vn - vwn; - SH_BETA[3] = ve - vwe; - SH_BETA[4] = 1.0f/sq(SH_BETA[0]); - SH_BETA[5] = 1.0f/SH_BETA[0]; - SH_BETA[6] = SH_BETA[5]*(sq(q0) - sq(q1) + sq(q2) - sq(q3)); - SH_BETA[7] = sq(q0) + sq(q1) - sq(q2) - sq(q3); - SH_BETA[8] = 2.0f*q0*SH_BETA[3] - 2.0f*q3*SH_BETA[2] + 2.0f*q1*vd; - SH_BETA[9] = 2.0f*q0*SH_BETA[2] + 2.0f*q3*SH_BETA[3] - 2.0f*q2*vd; - SH_BETA[10] = 2.0f*q2*SH_BETA[2] - 2.0f*q1*SH_BETA[3] + 2.0f*q0*vd; - SH_BETA[11] = 2.0f*q1*SH_BETA[2] + 2.0f*q2*SH_BETA[3] + 2.0f*q3*vd; - SH_BETA[12] = 2.0f*q0*q3; + SH_BETA[0] = (vn - vwn)*(sq(q0) + sq(q1) - sq(q2) - sq(q3)) - vd*(2.0f*q0*q2 - 2.0f*q1*q3) + (ve - vwe)*(2.0f*q0*q3 + 2.0f*q1*q2); + if (fabsf(SH_BETA[0]) <= 1e-9f) { + return; + } + SH_BETA[1] = (ve - vwe)*(sq(q0) - sq(q1) + sq(q2) - sq(q3)) + vd*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) - (vn - vwn)*(2.0f*q0*q3 - 2.0f*q1*q2); + SH_BETA[2] = vn - vwn; + SH_BETA[3] = ve - vwe; + SH_BETA[4] = 1.0f/sq(SH_BETA[0]); + SH_BETA[5] = 1.0f/SH_BETA[0]; + SH_BETA[6] = SH_BETA[5]*(sq(q0) - sq(q1) + sq(q2) - sq(q3)); + SH_BETA[7] = sq(q0) + sq(q1) - sq(q2) - sq(q3); + SH_BETA[8] = 2.0f*q0*SH_BETA[3] - 2.0f*q3*SH_BETA[2] + 2.0f*q1*vd; + SH_BETA[9] = 2.0f*q0*SH_BETA[2] + 2.0f*q3*SH_BETA[3] - 2.0f*q2*vd; + SH_BETA[10] = 2.0f*q2*SH_BETA[2] - 2.0f*q1*SH_BETA[3] + 2.0f*q0*vd; + SH_BETA[11] = 2.0f*q1*SH_BETA[2] + 2.0f*q2*SH_BETA[3] + 2.0f*q3*vd; + SH_BETA[12] = 2.0f*q0*q3; H_BETA[0] = SH_BETA[5]*SH_BETA[8] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[9]; H_BETA[1] = SH_BETA[5]*SH_BETA[10] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[11]; @@ -108,20 +107,19 @@ void Ekf::fuseSideslip() H_BETA[4] = - SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]; H_BETA[5] = SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2); H_BETA[6] = SH_BETA[5]*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(2.0f*q0*q2 - 2.0f*q1*q3); - - for (uint8_t i=7; i<=21; i++) { - H_BETA[i] = 0.0f; - } H_BETA[22] = SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]; H_BETA[23] = SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2) - SH_BETA[6]; + for (uint8_t i=7; i<=21; i++) { + H_BETA[i] = 0.0f; + } + // intermediate variables - note SK_BETA[0] is 1/(innovation variance) - float _sideslip_innov_var_temp = (R_BETA - (SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7])*(P[22][4]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) - P[4][4]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) + P[5][4]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) - P[23][4]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) + P[0][4]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[8] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[9]) + P[1][4]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[10] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[11]) + P[2][4]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[11] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[10]) - P[3][4]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[9] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[8]) + P[6][4]*(SH_BETA[5]*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(2.0f*q0*q2 - 2.0f*q1*q3))) + (SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7])*(P[22][22]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) - P[4][22]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) + P[5][22]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) - P[23][22]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) + P[0][22]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[8] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[9]) + P[1][22]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[10] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[11]) + P[2][22]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[11] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[10]) - P[3][22]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[9] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[8]) + P[6][22]*(SH_BETA[5]*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(2.0f*q0*q2 - 2.0f*q1*q3))) + (SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2))*(P[22][5]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) - P[4][5]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) + P[5][5]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) - P[23][5]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) + P[0][5]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[8] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[9]) + P[1][5]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[10] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[11]) + P[2][5]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[11] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[10]) - P[3][5]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[9] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[8]) + P[6][5]*(SH_BETA[5]*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(2.0f*q0*q2 - 2.0f*q1*q3))) - (SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2))*(P[22][23]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) - P[4][23]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) + P[5][23]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) - P[23][23]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) + P[0][23]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[8] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[9]) + P[1][23]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[10] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[11]) + P[2][23]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[11] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[10]) - P[3][23]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[9] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[8]) + P[6][23]*(SH_BETA[5]*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(2.0f*q0*q2 - 2.0f*q1*q3))) + (SH_BETA[5]*SH_BETA[8] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[9])*(P[22][0]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) - P[4][0]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) + P[5][0]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) - P[23][0]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) + P[0][0]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[8] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[9]) + P[1][0]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[10] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[11]) + P[2][0]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[11] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[10]) - P[3][0]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[9] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[8]) + P[6][0]*(SH_BETA[5]*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(2.0f*q0*q2 - 2.0f*q1*q3))) + (SH_BETA[5]*SH_BETA[10] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[11])*(P[22][1]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) - P[4][1]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) + P[5][1]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) - P[23][1]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) + P[0][1]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[8] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[9]) + P[1][1]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[10] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[11]) + P[2][1]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[11] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[10]) - P[3][1]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[9] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[8]) + P[6][1]*(SH_BETA[5]*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(2.0f*q0*q2 - 2.0f*q1*q3))) + (SH_BETA[5]*SH_BETA[11] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[10])*(P[22][2]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) - P[4][2]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) + P[5][2]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) - P[23][2]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) + P[0][2]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[8] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[9]) + P[1][2]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[10] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[11]) + P[2][2]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[11] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[10]) - P[3][2]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[9] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[8]) + P[6][2]*(SH_BETA[5]*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(2.0f*q0*q2 - 2.0f*q1*q3))) - (SH_BETA[5]*SH_BETA[9] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[8])*(P[22][3]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) - P[4][3]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) + P[5][3]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) - P[23][3]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) + P[0][3]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[8] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[9]) + P[1][3]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[10] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[11]) + P[2][3]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[11] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[10]) - P[3][3]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[9] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[8]) + P[6][3]*(SH_BETA[5]*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(2.0f*q0*q2 - 2.0f*q1*q3))) + (SH_BETA[5]*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(2.0f*q0*q2 - 2.0f*q1*q3))*(P[22][6]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) - P[4][6]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) + P[5][6]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) - P[23][6]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) + P[0][6]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[8] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[9]) + P[1][6]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[10] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[11]) + P[2][6]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[11] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[10]) - P[3][6]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[9] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[8]) + P[6][6]*(SH_BETA[5]*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(2.0f*q0*q2 - 2.0f*q1*q3)))); - if (_sideslip_innov_var_temp >= R_BETA) { - SK_BETA[0] = 1.0f / _sideslip_innov_var_temp; + _beta_innov_var = (R_BETA - (SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7])*(P[22][4]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) - P[4][4]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) + P[5][4]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) - P[23][4]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) + P[0][4]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[8] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[9]) + P[1][4]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[10] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[11]) + P[2][4]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[11] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[10]) - P[3][4]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[9] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[8]) + P[6][4]*(SH_BETA[5]*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(2.0f*q0*q2 - 2.0f*q1*q3))) + (SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7])*(P[22][22]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) - P[4][22]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) + P[5][22]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) - P[23][22]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) + P[0][22]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[8] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[9]) + P[1][22]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[10] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[11]) + P[2][22]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[11] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[10]) - P[3][22]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[9] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[8]) + P[6][22]*(SH_BETA[5]*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(2.0f*q0*q2 - 2.0f*q1*q3))) + (SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2))*(P[22][5]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) - P[4][5]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) + P[5][5]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) - P[23][5]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) + P[0][5]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[8] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[9]) + P[1][5]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[10] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[11]) + P[2][5]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[11] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[10]) - P[3][5]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[9] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[8]) + P[6][5]*(SH_BETA[5]*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(2.0f*q0*q2 - 2.0f*q1*q3))) - (SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2))*(P[22][23]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) - P[4][23]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) + P[5][23]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) - P[23][23]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) + P[0][23]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[8] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[9]) + P[1][23]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[10] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[11]) + P[2][23]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[11] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[10]) - P[3][23]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[9] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[8]) + P[6][23]*(SH_BETA[5]*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(2.0f*q0*q2 - 2.0f*q1*q3))) + (SH_BETA[5]*SH_BETA[8] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[9])*(P[22][0]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) - P[4][0]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) + P[5][0]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) - P[23][0]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) + P[0][0]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[8] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[9]) + P[1][0]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[10] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[11]) + P[2][0]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[11] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[10]) - P[3][0]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[9] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[8]) + P[6][0]*(SH_BETA[5]*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(2.0f*q0*q2 - 2.0f*q1*q3))) + (SH_BETA[5]*SH_BETA[10] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[11])*(P[22][1]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) - P[4][1]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) + P[5][1]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) - P[23][1]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) + P[0][1]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[8] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[9]) + P[1][1]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[10] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[11]) + P[2][1]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[11] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[10]) - P[3][1]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[9] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[8]) + P[6][1]*(SH_BETA[5]*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(2.0f*q0*q2 - 2.0f*q1*q3))) + (SH_BETA[5]*SH_BETA[11] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[10])*(P[22][2]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) - P[4][2]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) + P[5][2]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) - P[23][2]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) + P[0][2]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[8] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[9]) + P[1][2]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[10] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[11]) + P[2][2]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[11] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[10]) - P[3][2]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[9] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[8]) + P[6][2]*(SH_BETA[5]*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(2.0f*q0*q2 - 2.0f*q1*q3))) - (SH_BETA[5]*SH_BETA[9] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[8])*(P[22][3]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) - P[4][3]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) + P[5][3]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) - P[23][3]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) + P[0][3]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[8] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[9]) + P[1][3]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[10] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[11]) + P[2][3]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[11] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[10]) - P[3][3]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[9] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[8]) + P[6][3]*(SH_BETA[5]*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(2.0f*q0*q2 - 2.0f*q1*q3))) + (SH_BETA[5]*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(2.0f*q0*q2 - 2.0f*q1*q3))*(P[22][6]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) - P[4][6]*(SH_BETA[5]*(SH_BETA[12] - 2.0f*q1*q2) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[7]) + P[5][6]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) - P[23][6]*(SH_BETA[6] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(SH_BETA[12] + 2.0f*q1*q2)) + P[0][6]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[8] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[9]) + P[1][6]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[10] - SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[11]) + P[2][6]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[11] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[10]) - P[3][6]*(SH_BETA[5]*SH_BETA[9] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[8]) + P[6][6]*(SH_BETA[5]*(2.0f*q0*q1 + 2.0f*q2*q3) + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*(2.0f*q0*q2 - 2.0f*q1*q3)))); + if (_beta_innov_var >= R_BETA) { + SK_BETA[0] = 1.0f / _beta_innov_var; _fault_status.flags.bad_sideslip = false; - } - else { // Reset the estimator + } else { // Reset the estimator _fault_status.flags.bad_sideslip = true; initialiseCovariance(); ECL_ERR("EKF synthetic sideslip fusion numerical error - covariance reset"); @@ -135,13 +133,14 @@ void Ekf::fuseSideslip() SK_BETA[6] = SH_BETA[5]*SH_BETA[11] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[10]; SK_BETA[7] = SH_BETA[5]*SH_BETA[9] + SH_BETA[1]*SH_BETA[4]*SH_BETA[8]; - // Calculate Kalman gains if (((_time_last_imu - _time_last_gps) < 1e6) || ((_time_last_imu - _time_last_ext_vision) < 1e6) || ((_time_last_imu - _time_last_optflow) < 1e6)) { // If we are getting aiding from other sources, then don't allow the sideslip fusion to affect the non-windspeed states for (unsigned row = 0; row <= 21; row++) { Kfusion[row] = 0.0f; + } + } else { Kfusion[0] = SK_BETA[0]*(P[0][0]*SK_BETA[5] + P[0][1]*SK_BETA[4] - P[0][4]*SK_BETA[1] + P[0][5]*SK_BETA[2] + P[0][2]*SK_BETA[6] + P[0][6]*SK_BETA[3] - P[0][3]*SK_BETA[7] + P[0][22]*SK_BETA[1] - P[0][23]*SK_BETA[2]); Kfusion[1] = SK_BETA[0]*(P[1][0]*SK_BETA[5] + P[1][1]*SK_BETA[4] - P[1][4]*SK_BETA[1] + P[1][5]*SK_BETA[2] + P[1][2]*SK_BETA[6] + P[1][6]*SK_BETA[3] - P[1][3]*SK_BETA[7] + P[1][22]*SK_BETA[1] - P[1][23]*SK_BETA[2]); @@ -159,18 +158,20 @@ void Ekf::fuseSideslip() Kfusion[13] = SK_BETA[0]*(P[13][0]*SK_BETA[5] + P[13][1]*SK_BETA[4] - P[13][4]*SK_BETA[1] + P[13][5]*SK_BETA[2] + P[13][2]*SK_BETA[6] + P[13][6]*SK_BETA[3] - P[13][3]*SK_BETA[7] + P[13][22]*SK_BETA[1] - P[13][23]*SK_BETA[2]); Kfusion[14] = SK_BETA[0]*(P[14][0]*SK_BETA[5] + P[14][1]*SK_BETA[4] - P[14][4]*SK_BETA[1] + P[14][5]*SK_BETA[2] + P[14][2]*SK_BETA[6] + P[14][6]*SK_BETA[3] - P[14][3]*SK_BETA[7] + P[14][22]*SK_BETA[1] - P[14][23]*SK_BETA[2]); Kfusion[15] = SK_BETA[0]*(P[15][0]*SK_BETA[5] + P[15][1]*SK_BETA[4] - P[15][4]*SK_BETA[1] + P[15][5]*SK_BETA[2] + P[15][2]*SK_BETA[6] + P[15][6]*SK_BETA[3] - P[15][3]*SK_BETA[7] + P[15][22]*SK_BETA[1] - P[15][23]*SK_BETA[2]); - // Only update the magnetometer states if we are airborne and using 3D mag fusion - if (_control_status.flags.mag_3D && _control_status.flags.in_air) { - Kfusion[16] = SK_BETA[0]*(P[16][0]*SK_BETA[5] + P[16][1]*SK_BETA[4] - P[16][4]*SK_BETA[1] + P[16][5]*SK_BETA[2] + P[16][2]*SK_BETA[6] + P[16][6]*SK_BETA[3] - P[16][3]*SK_BETA[7] + P[16][22]*SK_BETA[1] - P[16][23]*SK_BETA[2]); - Kfusion[17] = SK_BETA[0]*(P[17][0]*SK_BETA[5] + P[17][1]*SK_BETA[4] - P[17][4]*SK_BETA[1] + P[17][5]*SK_BETA[2] + P[17][2]*SK_BETA[6] + P[17][6]*SK_BETA[3] - P[17][3]*SK_BETA[7] + P[17][22]*SK_BETA[1] - P[17][23]*SK_BETA[2]); - Kfusion[18] = SK_BETA[0]*(P[18][0]*SK_BETA[5] + P[18][1]*SK_BETA[4] - P[18][4]*SK_BETA[1] + P[18][5]*SK_BETA[2] + P[18][2]*SK_BETA[6] + P[18][6]*SK_BETA[3] - P[18][3]*SK_BETA[7] + P[18][22]*SK_BETA[1] - P[18][23]*SK_BETA[2]); - Kfusion[19] = SK_BETA[0]*(P[19][0]*SK_BETA[5] + P[19][1]*SK_BETA[4] - P[19][4]*SK_BETA[1] + P[19][5]*SK_BETA[2] + P[19][2]*SK_BETA[6] + P[19][6]*SK_BETA[3] - P[19][3]*SK_BETA[7] + P[19][22]*SK_BETA[1] - P[19][23]*SK_BETA[2]); - Kfusion[20] = SK_BETA[0]*(P[20][0]*SK_BETA[5] + P[20][1]*SK_BETA[4] - P[20][4]*SK_BETA[1] + P[20][5]*SK_BETA[2] + P[20][2]*SK_BETA[6] + P[20][6]*SK_BETA[3] - P[20][3]*SK_BETA[7] + P[20][22]*SK_BETA[1] - P[20][23]*SK_BETA[2]); - Kfusion[21] = SK_BETA[0]*(P[21][0]*SK_BETA[5] + P[21][1]*SK_BETA[4] - P[21][4]*SK_BETA[1] + P[21][5]*SK_BETA[2] + P[21][2]*SK_BETA[6] + P[21][6]*SK_BETA[3] - P[21][3]*SK_BETA[7] + P[21][22]*SK_BETA[1] - P[21][23]*SK_BETA[2]); + + // Only update the magnetometer states if we are airborne and using 3D mag fusion + if (_control_status.flags.mag_3D && _control_status.flags.in_air) { + Kfusion[16] = SK_BETA[0]*(P[16][0]*SK_BETA[5] + P[16][1]*SK_BETA[4] - P[16][4]*SK_BETA[1] + P[16][5]*SK_BETA[2] + P[16][2]*SK_BETA[6] + P[16][6]*SK_BETA[3] - P[16][3]*SK_BETA[7] + P[16][22]*SK_BETA[1] - P[16][23]*SK_BETA[2]); + Kfusion[17] = SK_BETA[0]*(P[17][0]*SK_BETA[5] + P[17][1]*SK_BETA[4] - P[17][4]*SK_BETA[1] + P[17][5]*SK_BETA[2] + P[17][2]*SK_BETA[6] + P[17][6]*SK_BETA[3] - P[17][3]*SK_BETA[7] + P[17][22]*SK_BETA[1] - P[17][23]*SK_BETA[2]); + Kfusion[18] = SK_BETA[0]*(P[18][0]*SK_BETA[5] + P[18][1]*SK_BETA[4] - P[18][4]*SK_BETA[1] + P[18][5]*SK_BETA[2] + P[18][2]*SK_BETA[6] + P[18][6]*SK_BETA[3] - P[18][3]*SK_BETA[7] + P[18][22]*SK_BETA[1] - P[18][23]*SK_BETA[2]); + Kfusion[19] = SK_BETA[0]*(P[19][0]*SK_BETA[5] + P[19][1]*SK_BETA[4] - P[19][4]*SK_BETA[1] + P[19][5]*SK_BETA[2] + P[19][2]*SK_BETA[6] + P[19][6]*SK_BETA[3] - P[19][3]*SK_BETA[7] + P[19][22]*SK_BETA[1] - P[19][23]*SK_BETA[2]); + Kfusion[20] = SK_BETA[0]*(P[20][0]*SK_BETA[5] + P[20][1]*SK_BETA[4] - P[20][4]*SK_BETA[1] + P[20][5]*SK_BETA[2] + P[20][2]*SK_BETA[6] + P[20][6]*SK_BETA[3] - P[20][3]*SK_BETA[7] + P[20][22]*SK_BETA[1] - P[20][23]*SK_BETA[2]); + Kfusion[21] = SK_BETA[0]*(P[21][0]*SK_BETA[5] + P[21][1]*SK_BETA[4] - P[21][4]*SK_BETA[1] + P[21][5]*SK_BETA[2] + P[21][2]*SK_BETA[6] + P[21][6]*SK_BETA[3] - P[21][3]*SK_BETA[7] + P[21][22]*SK_BETA[1] - P[21][23]*SK_BETA[2]); } else { for (int i = 16; i <= 21; i++) { Kfusion[i] = 0.0f; + } } } @@ -180,72 +181,84 @@ void Ekf::fuseSideslip() // Calculate predicted sideslip angle and innovation using small angle approximation _beta_innov = rel_wind(1) / rel_wind(0); - // Calculate the innovation variance - _beta_innov_var = 1.0f / SK_BETA[0]; - // Compute the ratio of innovation to gate size - _beta_test_ratio = sq(_beta_innov) / (sq(fmaxf(_params.beta_innov_gate, 1.0f)) * _beta_innov_var); + _beta_test_ratio = sq(_beta_innov) / (sq(fmaxf(_params.beta_innov_gate, 1.0f)) * _beta_innov_var); + + // if the innovation consistency check fails then don't fuse the sample and indicate bad beta health + if (_beta_test_ratio > 1.0f) { + _innov_check_fail_status.flags.reject_sideslip = true; + return; + + } else { + _innov_check_fail_status.flags.reject_sideslip = false; - // if the innovation consistency check fails then don't fuse the sample and indicate bad beta health - if (_beta_test_ratio > 1.0f) { - _innov_check_fail_status.flags.reject_sideslip = true; - return; - } - else { - _innov_check_fail_status.flags.reject_sideslip = false; } // synthetic sideslip measurement sample has passed check so record it _time_last_beta_fuse = _time_last_imu; - // update covariance matrix via Pnew = (I - KH)P = P - KHP - for (unsigned row = 0; row < _k_num_states; row++) { - for (unsigned column = 0; column < _k_num_states; column++) { // Here it will be a lot of zeros, should optimize that... - KH[row][column] = Kfusion[row] * H_BETA[column]; - } - } + // apply covariance correction via P_new = (I -K*H)*P + // first calculate expression for KHP + // then calculate P - KHP + for (unsigned row = 0; row < _k_num_states; row++) { + KH[row][0] = Kfusion[row] * H_BETA[0]; + KH[row][1] = Kfusion[row] * H_BETA[1]; + KH[row][2] = Kfusion[row] * H_BETA[2]; + KH[row][3] = Kfusion[row] * H_BETA[3]; + KH[row][4] = Kfusion[row] * H_BETA[4]; + KH[row][5] = Kfusion[row] * H_BETA[5]; + KH[row][6] = Kfusion[row] * H_BETA[6]; + KH[row][22] = Kfusion[row] * H_BETA[22]; + KH[row][23] = Kfusion[row] * H_BETA[23]; + } + for (unsigned row = 0; row < _k_num_states; row++) { + for (unsigned column = 0; column < _k_num_states; column++) { + float tmp = KH[row][0] * P[0][column]; + tmp += KH[row][1] * P[1][column]; + tmp += KH[row][2] * P[2][column]; + tmp += KH[row][3] * P[3][column]; + tmp += KH[row][4] * P[4][column]; + tmp += KH[row][6] * P[6][column]; + tmp += KH[row][22] * P[22][column]; + tmp += KH[row][23] * P[23][column]; + KHP[row][column] = tmp; + } + } + + // if the covariance correction will result in a negative variance, then + // the covariance marix is unhealthy and must be corrected + bool healthy = true; + _fault_status.flags.bad_sideslip = false; + for (int i = 0; i < _k_num_states; i++) { + if (P[i][i] < KHP[i][i]) { + // zero rows and columns + zeroRows(P,i,i); + zeroCols(P,i,i); + + //flag as unhealthy + healthy = false; + + // update individual measurement health status + _fault_status.flags.bad_sideslip = true; + + } + } + + // only apply covariance and state corrrections if healthy + if (healthy) { + // apply the covariance corrections for (unsigned row = 0; row < _k_num_states; row++) { for (unsigned column = 0; column < _k_num_states; column++) { - for (unsigned i = 0; i < _k_num_states; i++) { - KHP[row][column] += KH[row][i] * P[i][column]; - } + P[row][column] = P[row][column] - KHP[row][column]; } } - - // if the covariance correction will result in a negative variance, then - // the covariance marix is unhealthy and must be corrected - bool healthy = true; - _fault_status.flags.bad_sideslip = false; - for (int i = 0; i < _k_num_states; i++) { - if (P[i][i] < KHP[i][i]) { - // zero rows and columns - zeroRows(P,i,i); - zeroCols(P,i,i); - //flag as unhealthy - healthy = false; + // correct the covariance marix for gross errors + fixCovarianceErrors(); - // update individual measurement health status - _fault_status.flags.bad_sideslip = true; - - } - } - - // only apply covariance and state corrrections if healthy - if (healthy) { - // apply the covariance corrections - for (unsigned row = 0; row < _k_num_states; row++) { - for (unsigned column = 0; column < _k_num_states; column++) { - P[row][column] = P[row][column] - KHP[row][column]; - } - } - - // correct the covariance marix for gross errors - fixCovarianceErrors(); - - // apply the state corrections - fuse(Kfusion, _beta_innov); + // apply the state corrections + fuse(Kfusion, _beta_innov); } }