git.gag.com Git - fw/altos/blob - src/ao_kalman.c

   1 /*
   2  * Copyright © 2011 Keith Packard <keithp@keithp.com>
   3  *
   4  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   5  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
   6  * the Free Software Foundation; version 2 of the License.
   7  *
   8  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
   9  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  10  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  11  * General Public License for more details.
  12  *
  13  * You should have received a copy of the GNU General Public License along
  14  * with this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
  15  * 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA 02111-1307 USA.
  16  */
  17
  18 #ifndef AO_FLIGHT_TEST
  19 #include "ao.h"
  20 #endif
  21
  22 #include "ao_kalman.h"
  23
  24 static __pdata int32_t          ao_k_height;
  25 static __pdata int32_t          ao_k_speed;
  26 static __pdata int32_t          ao_k_accel;
  27
  28 #define AO_K_STEP_100           to_fix16(0.01)
  29 #define AO_K_STEP_2_2_100       to_fix16(0.00005)
  30
  31 #define AO_K_STEP_10            to_fix16(0.1)
  32 #define AO_K_STEP_2_2_10        to_fix16(0.005)
  33
  34 __pdata int16_t                 ao_height;
  35 __pdata int16_t                 ao_speed;
  36 __pdata int16_t                 ao_accel;
  37 __pdata int16_t                 ao_max_height;
  38
  39 __pdata int16_t                 ao_error_h;
  40 __pdata int16_t                 ao_error_h_sq_avg;
  41
  42 #if HAS_ACCEL
  43 __pdata int16_t                 ao_error_a;
  44 #endif
  45
  46 static void
  47 ao_kalman_predict(void)
  48 {
  49 #ifdef AO_FLIGHT_TEST
  50         if (ao_sample_tick - ao_sample_prev_tick > 5) {
  51                 ao_k_height += ((int32_t) ao_speed * AO_K_STEP_10 +
  52                                 (int32_t) ao_accel * AO_K_STEP_2_2_10) >> 4;
  53                 ao_k_speed += (int32_t) ao_accel * AO_K_STEP_10;
  54
  55                 return;
  56         }
  57         if (ao_flight_debug) {
  58                 printf ("predict speed %g + (%g * %g) = %g\n",
  59                         ao_k_speed / (65536.0 * 16.0), ao_accel / 16.0, AO_K_STEP_100 / 65536.0,
  60                         (ao_k_speed + (int32_t) ao_accel * AO_K_STEP_100) / (65536.0 * 16.0));
  61         }
  62 #endif
  63         ao_k_height += ((int32_t) ao_speed * AO_K_STEP_100 +
  64                         (int32_t) ao_accel * AO_K_STEP_2_2_100) >> 4;
  65         ao_k_speed += (int32_t) ao_accel * AO_K_STEP_100;
  66 }
  67
  68 static void
  69 ao_kalman_err_height(void)
  70 {
  71         int16_t e;
  72         int16_t height_distrust;
  73 #if HAS_ACCEL
  74         int16_t speed_distrust;
  75 #endif
  76
  77         ao_error_h = ao_sample_height - (int16_t) (ao_k_height >> 16);
  78
  79         e = ao_error_h;
  80         if (e < 0)
  81                 e = -e;
  82         if (e > 127)
  83                 e = 127;
  84 #if HAS_ACCEL
  85         ao_error_h_sq_avg -= ao_error_h_sq_avg >> 2;
  86         ao_error_h_sq_avg += (e * e) >> 2;
  87 #else
  88         ao_error_h_sq_avg -= ao_error_h_sq_avg >> 4;
  89         ao_error_h_sq_avg += (e * e) >> 4;
  90 #endif
  91
  92         if (ao_flight_state >= ao_flight_drogue)
  93                 return;
  94         height_distrust = ao_sample_alt - AO_MAX_BARO_HEIGHT;
  95 #if HAS_ACCEL
  96         /* speed is stored * 16, but we need to ramp between 200 and 328, so
  97          * we want to multiply by 2. The result is a shift by 3.
  98          */
  99         speed_distrust = (ao_speed - AO_MS_TO_SPEED(AO_MAX_BARO_SPEED)) >> (4 - 1);
 100         if (speed_distrust <= 0)
 101                 speed_distrust = 0;
 102         else if (speed_distrust > height_distrust)
 103                 height_distrust = speed_distrust;
 104 #endif
 105         if (height_distrust > 0) {
 106 #ifdef AO_FLIGHT_TEST
 107                 int     old_ao_error_h = ao_error_h;
 108 #endif
 109                 if (height_distrust > 0x100)
 110                         height_distrust = 0x100;
 111                 ao_error_h = (int16_t) (((int32_t) ao_error_h * (0x100 - height_distrust)) >> 8);
 112 #ifdef AO_FLIGHT_TEST
 113                 if (ao_flight_debug) {
 114                         printf("over height %g over speed %g distrust: %g height: error %d -> %d\n",
 115                                (double) (ao_sample_alt - AO_MAX_BARO_HEIGHT),
 116                                (ao_speed - AO_MS_TO_SPEED(AO_MAX_BARO_SPEED)) / 16.0,
 117                                height_distrust / 256.0,
 118                                old_ao_error_h, ao_error_h);
 119                 }
 120 #endif
 121         }
 122 }
 123
 124 static void
 125 ao_kalman_correct_baro(void)
 126 {
 127         ao_kalman_err_height();
 128 #ifdef AO_FLIGHT_TEST
 129         if (ao_sample_tick - ao_sample_prev_tick > 5) {
 130                 ao_k_height += (int32_t) AO_BARO_K0_10 * ao_error_h;
 131                 ao_k_speed  += (int32_t) AO_BARO_K1_10 * ao_error_h;
 132                 ao_k_accel  += (int32_t) AO_BARO_K2_10 * ao_error_h;
 133                 return;
 134         }
 135 #endif
 136         ao_k_height += (int32_t) AO_BARO_K0_100 * ao_error_h;
 137         ao_k_speed  += (int32_t) AO_BARO_K1_100 * ao_error_h;
 138         ao_k_accel  += (int32_t) AO_BARO_K2_100 * ao_error_h;
 139 }
 140
 141 #if HAS_ACCEL
 142
 143 static void
 144 ao_kalman_err_accel(void)
 145 {
 146         int32_t accel;
 147
 148         accel = (ao_ground_accel - ao_sample_accel) * ao_accel_scale;
 149
 150         /* Can't use ao_accel here as it is the pre-prediction value still */
 151         ao_error_a = (accel - ao_k_accel) >> 16;
 152 }
 153
 154 static void
 155 ao_kalman_correct_both(void)
 156 {
 157         ao_kalman_err_height();
 158         ao_kalman_err_accel();
 159
 160 #ifdef AO_FLIGHT_TEST
 161         if (ao_sample_tick - ao_sample_prev_tick > 5) {
 162                 if (ao_flight_debug) {
 163                         printf ("correct speed %g + (%g * %g) + (%g * %g) = %g\n",
 164                                 ao_k_speed / (65536.0 * 16.0),
 165                                 (double) ao_error_h, AO_BOTH_K10_10 / 65536.0,
 166                                 (double) ao_error_a, AO_BOTH_K11_10 / 65536.0,
 167                                 (ao_k_speed +
 168                                  (int32_t) AO_BOTH_K10_10 * ao_error_h +
 169                                  (int32_t) AO_BOTH_K11_10 * ao_error_a) / (65536.0 * 16.0));
 170                 }
 171                 ao_k_height +=
 172                         (int32_t) AO_BOTH_K00_10 * ao_error_h +
 173                         (int32_t) AO_BOTH_K01_10 * ao_error_a;
 174                 ao_k_speed +=
 175                         (int32_t) AO_BOTH_K10_10 * ao_error_h +
 176                         (int32_t) AO_BOTH_K11_10 * ao_error_a;
 177                 ao_k_accel +=
 178                         (int32_t) AO_BOTH_K20_10 * ao_error_h +
 179                         (int32_t) AO_BOTH_K21_10 * ao_error_a;
 180                 return;
 181         }
 182         if (ao_flight_debug) {
 183                 printf ("correct speed %g + (%g * %g) + (%g * %g) = %g\n",
 184                         ao_k_speed / (65536.0 * 16.0),
 185                         (double) ao_error_h, AO_BOTH_K10_100 / 65536.0,
 186                         (double) ao_error_a, AO_BOTH_K11_100 / 65536.0,
 187                         (ao_k_speed +
 188                          (int32_t) AO_BOTH_K10_100 * ao_error_h +
 189                          (int32_t) AO_BOTH_K11_100 * ao_error_a) / (65536.0 * 16.0));
 190         }
 191 #endif
 192         ao_k_height +=
 193                 (int32_t) AO_BOTH_K00_100 * ao_error_h +
 194                 (int32_t) AO_BOTH_K01_100 * ao_error_a;
 195         ao_k_speed +=
 196                 (int32_t) AO_BOTH_K10_100 * ao_error_h +
 197                 (int32_t) AO_BOTH_K11_100 * ao_error_a;
 198         ao_k_accel +=
 199                 (int32_t) AO_BOTH_K20_100 * ao_error_h +
 200                 (int32_t) AO_BOTH_K21_100 * ao_error_a;
 201 }
 202
 203 #ifdef FORCE_ACCEL
 204 static void
 205 ao_kalman_correct_accel(void)
 206 {
 207         ao_kalman_err_accel();
 208
 209         if (ao_sample_tick - ao_sample_prev_tick > 5) {
 210                 ao_k_height +=(int32_t) AO_ACCEL_K0_10 * ao_error_a;
 211                 ao_k_speed  += (int32_t) AO_ACCEL_K1_10 * ao_error_a;
 212                 ao_k_accel  += (int32_t) AO_ACCEL_K2_10 * ao_error_a;
 213                 return;
 214         }
 215         ao_k_height += (int32_t) AO_ACCEL_K0_100 * ao_error_a;
 216         ao_k_speed  += (int32_t) AO_ACCEL_K1_100 * ao_error_a;
 217         ao_k_accel  += (int32_t) AO_ACCEL_K2_100 * ao_error_a;
 218 }
 219 #endif
 220 #endif /* HAS_ACCEL */
 221
 222 void
 223 ao_kalman(void)
 224 {
 225         ao_kalman_predict();
 226 #if HAS_ACCEL
 227         if (ao_flight_state <= ao_flight_coast) {
 228 #ifdef FORCE_ACCEL
 229                 ao_kalman_correct_accel();
 230 #else
 231                 ao_kalman_correct_both();
 232 #endif
 233         } else
 234 #endif
 235                 ao_kalman_correct_baro();
 236         ao_height = from_fix(ao_k_height);
 237         ao_speed = from_fix(ao_k_speed);
 238         ao_accel = from_fix(ao_k_accel);
 239         if (ao_height > ao_max_height)
 240                 ao_max_height = ao_height;
 241 #ifdef AO_FLIGHT_TEST
 242         ao_sample_prev_tick = ao_sample_tick;
 243 #endif
 244 }