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         height_distrust = ao_sample_height - AO_MAX_BARO_HEIGHT;
  93 #if HAS_ACCEL
  94         /* speed is stored * 16, but we need to ramp between 200 and 328, so
  95          * we want to multiply by 2. The result is a shift by 3.
  96          */
  97         speed_distrust = (ao_speed - AO_MS_TO_SPEED(AO_MAX_BARO_SPEED)) >> (4 - 1);
  98         if (speed_distrust <= 0)
  99                 speed_distrust = 0;
 100         else if (speed_distrust > height_distrust)
 101                 height_distrust = speed_distrust;
 102 #endif
 103         if (height_distrust <= 0)
 104                 height_distrust = 0;
 105
 106         if (height_distrust) {
 107 #ifdef AO_FLIGHT_TEST
 108                 int     old_ao_error_h = ao_error_h;
 109 #endif
 110                 if (height_distrust > 0x100)
 111                         height_distrust = 0x100;
 112                 ao_error_h = (int16_t) (((int32_t) ao_error_h * (0x100 - height_distrust)) >> 8);
 113 #ifdef AO_FLIGHT_TEST
 114                 if (ao_flight_debug) {
 115                         printf("over height %g over speed %g distrust: %g height: error %d -> %d\n",
 116                                (double) (ao_sample_height - AO_MAX_BARO_HEIGHT),
 117                                (ao_speed - AO_MS_TO_SPEED(AO_MAX_BARO_SPEED)) / 16.0,
 118                                height_distrust / 256.0,
 119                                old_ao_error_h, ao_error_h);
 120                 }
 121 #endif
 122         }
 123 }
 124
 125 static void
 126 ao_kalman_correct_baro(void)
 127 {
 128         ao_kalman_err_height();
 129 #ifdef AO_FLIGHT_TEST
 130         if (ao_sample_tick - ao_sample_prev_tick > 5) {
 131                 ao_k_height += (int32_t) AO_BARO_K0_10 * ao_error_h;
 132                 ao_k_speed  += (int32_t) AO_BARO_K1_10 * ao_error_h;
 133                 ao_k_accel  += (int32_t) AO_BARO_K2_10 * ao_error_h;
 134                 return;
 135         }
 136 #endif
 137         ao_k_height += (int32_t) AO_BARO_K0_100 * ao_error_h;
 138         ao_k_speed  += (int32_t) AO_BARO_K1_100 * ao_error_h;
 139         ao_k_accel  += (int32_t) AO_BARO_K2_100 * ao_error_h;
 140 }
 141
 142 #if HAS_ACCEL
 143
 144 static void
 145 ao_kalman_err_accel(void)
 146 {
 147         int32_t accel;
 148
 149         accel = (ao_ground_accel - ao_sample_accel) * ao_accel_scale;
 150
 151         /* Can't use ao_accel here as it is the pre-prediction value still */
 152         ao_error_a = (accel - ao_k_accel) >> 16;
 153 }
 154
 155 static void
 156 ao_kalman_correct_both(void)
 157 {
 158         ao_kalman_err_height();
 159         ao_kalman_err_accel();
 160
 161 #ifdef AO_FLIGHT_TEST
 162         if (ao_sample_tick - ao_sample_prev_tick > 5) {
 163                 if (ao_flight_debug) {
 164                         printf ("correct speed %g + (%g * %g) + (%g * %g) = %g\n",
 165                                 ao_k_speed / (65536.0 * 16.0),
 166                                 (double) ao_error_h, AO_BOTH_K10_10 / 65536.0,
 167                                 (double) ao_error_a, AO_BOTH_K11_10 / 65536.0,
 168                                 (ao_k_speed +
 169                                  (int32_t) AO_BOTH_K10_10 * ao_error_h +
 170                                  (int32_t) AO_BOTH_K11_10 * ao_error_a) / (65536.0 * 16.0));
 171                 }
 172                 ao_k_height +=
 173                         (int32_t) AO_BOTH_K00_10 * ao_error_h +
 174                         (int32_t) AO_BOTH_K01_10 * ao_error_a;
 175                 ao_k_speed +=
 176                         (int32_t) AO_BOTH_K10_10 * ao_error_h +
 177                         (int32_t) AO_BOTH_K11_10 * ao_error_a;
 178                 ao_k_accel +=
 179                         (int32_t) AO_BOTH_K20_10 * ao_error_h +
 180                         (int32_t) AO_BOTH_K21_10 * ao_error_a;
 181                 return;
 182         }
 183         if (ao_flight_debug) {
 184                 printf ("correct speed %g + (%g * %g) + (%g * %g) = %g\n",
 185                         ao_k_speed / (65536.0 * 16.0),
 186                         (double) ao_error_h, AO_BOTH_K10_100 / 65536.0,
 187                         (double) ao_error_a, AO_BOTH_K11_100 / 65536.0,
 188                         (ao_k_speed +
 189                          (int32_t) AO_BOTH_K10_100 * ao_error_h +
 190                          (int32_t) AO_BOTH_K11_100 * ao_error_a) / (65536.0 * 16.0));
 191         }
 192 #endif
 193         ao_k_height +=
 194                 (int32_t) AO_BOTH_K00_100 * ao_error_h +
 195                 (int32_t) AO_BOTH_K01_100 * ao_error_a;
 196         ao_k_speed +=
 197                 (int32_t) AO_BOTH_K10_100 * ao_error_h +
 198                 (int32_t) AO_BOTH_K11_100 * ao_error_a;
 199         ao_k_accel +=
 200                 (int32_t) AO_BOTH_K20_100 * ao_error_h +
 201                 (int32_t) AO_BOTH_K21_100 * ao_error_a;
 202 }
 203
 204 #ifdef FORCE_ACCEL
 205 static void
 206 ao_kalman_correct_accel(void)
 207 {
 208         ao_kalman_err_accel();
 209
 210         if (ao_sample_tick - ao_sample_prev_tick > 5) {
 211                 ao_k_height +=(int32_t) AO_ACCEL_K0_10 * ao_error_a;
 212                 ao_k_speed  += (int32_t) AO_ACCEL_K1_10 * ao_error_a;
 213                 ao_k_accel  += (int32_t) AO_ACCEL_K2_10 * ao_error_a;
 214                 return;
 215         }
 216         ao_k_height += (int32_t) AO_ACCEL_K0_100 * ao_error_a;
 217         ao_k_speed  += (int32_t) AO_ACCEL_K1_100 * ao_error_a;
 218         ao_k_accel  += (int32_t) AO_ACCEL_K2_100 * ao_error_a;
 219 }
 220 #endif
 221 #endif /* HAS_ACCEL */
 222
 223 void
 224 ao_kalman(void)
 225 {
 226         ao_kalman_predict();
 227 #if HAS_ACCEL
 228         if (ao_flight_state <= ao_flight_coast) {
 229 #ifdef FORCE_ACCEL
 230                 ao_kalman_correct_accel();
 231 #else
 232                 ao_kalman_correct_both();
 233 #endif
 234         } else
 235 #endif
 236                 ao_kalman_correct_baro();
 237         ao_height = from_fix(ao_k_height);
 238         ao_speed = from_fix(ao_k_speed);
 239         ao_accel = from_fix(ao_k_accel);
 240         if (ao_height > ao_max_height)
 241                 ao_max_height = ao_height;
 242 #ifdef AO_FLIGHT_TEST
 243         ao_sample_prev_tick = ao_sample_tick;
 244 #endif
 245 }