altos: Correct incremental rotation computation
[fw/altos] / src / core / ao_sample.c
index 985c094046de9ad9923f0aa7803c6a9f899e3c46..adf8399dd702535d960804791669cde9f204a812 100644 (file)
 #include <ao_data.h>
 #endif
 
+#if HAS_GYRO
+#include <ao_quaternion.h>
+#endif
+
 /*
  * Current sensor values
  */
@@ -37,6 +41,15 @@ __pdata alt_t                ao_sample_height;
 #if HAS_ACCEL
 __pdata accel_t                ao_sample_accel;
 #endif
+#if HAS_GYRO
+__pdata accel_t                ao_sample_accel_along;
+__pdata accel_t                ao_sample_accel_across;
+__pdata accel_t                ao_sample_accel_through;
+__pdata gyro_t         ao_sample_roll;
+__pdata gyro_t         ao_sample_pitch;
+__pdata gyro_t         ao_sample_yaw;
+__pdata angle_t                ao_sample_orient;
+#endif
 
 __data uint8_t         ao_sample_data;
 
@@ -53,6 +66,15 @@ __pdata accel_t              ao_accel_2g;            /* factory accel calibration */
 __pdata int32_t                ao_accel_scale;         /* sensor to m/s² conversion */
 #endif
 
+#if HAS_GYRO
+__pdata accel_t                ao_ground_accel_along;
+__pdata accel_t                ao_ground_accel_across;
+__pdata accel_t                ao_ground_accel_through;
+__pdata int32_t                ao_ground_pitch;
+__pdata int32_t                ao_ground_yaw;
+__pdata int32_t                ao_ground_roll;
+#endif
+
 static __pdata uint8_t ao_preflight;           /* in preflight mode */
 
 static __pdata uint16_t        nsamples;
@@ -60,6 +82,15 @@ __pdata int32_t ao_sample_pres_sum;
 #if HAS_ACCEL
 __pdata int32_t ao_sample_accel_sum;
 #endif
+#if HAS_GYRO
+__pdata int32_t ao_sample_accel_along_sum;
+__pdata int32_t ao_sample_accel_across_sum;
+__pdata int32_t        ao_sample_accel_through_sum;
+__pdata int32_t ao_sample_pitch_sum;
+__pdata int32_t ao_sample_yaw_sum;
+__pdata int32_t        ao_sample_roll_sum;
+static struct ao_quaternion ao_rotation;
+#endif
 
 static void
 ao_sample_preflight_add(void)
@@ -68,6 +99,14 @@ ao_sample_preflight_add(void)
        ao_sample_accel_sum += ao_sample_accel;
 #endif
        ao_sample_pres_sum += ao_sample_pres;
+#if HAS_GYRO
+       ao_sample_accel_along_sum += ao_sample_accel_along;
+       ao_sample_accel_across_sum += ao_sample_accel_across;
+       ao_sample_accel_through_sum += ao_sample_accel_through;
+       ao_sample_pitch_sum += ao_sample_pitch;
+       ao_sample_yaw_sum += ao_sample_yaw;
+       ao_sample_roll_sum += ao_sample_roll;
+#endif
        ++nsamples;
 }
 
@@ -80,9 +119,99 @@ ao_sample_preflight_set(void)
 #endif
        ao_ground_pres = ao_sample_pres_sum >> 9;
        ao_ground_height = pres_to_altitude(ao_ground_pres);
-       nsamples = 0;
        ao_sample_pres_sum = 0;
+#if HAS_GYRO
+       ao_ground_accel_along = ao_sample_accel_along_sum >> 9;
+       ao_ground_accel_across = ao_sample_accel_across_sum >> 9;
+       ao_ground_accel_through = ao_sample_accel_through_sum >> 9;
+       ao_ground_pitch = ao_sample_pitch_sum;
+       ao_ground_yaw = ao_sample_yaw_sum;
+       ao_ground_roll = ao_sample_roll_sum;
+       ao_sample_accel_along_sum = 0;
+       ao_sample_accel_across_sum = 0;
+       ao_sample_accel_through_sum = 0;
+       ao_sample_pitch_sum = 0;
+       ao_sample_yaw_sum = 0;
+       ao_sample_roll_sum = 0;
+       ao_sample_orient = 0;
+
+       struct ao_quaternion    orient;
+
+       /* Take the pad IMU acceleration values and compute our current direction
+        */
+
+       ao_quaternion_init_vector(&orient,
+                                 (ao_ground_accel_across - ao_config.accel_zero_across),
+                                 (ao_ground_accel_through - ao_config.accel_zero_through),
+                                 (ao_ground_accel_along - ao_config.accel_zero_along));
+
+       ao_quaternion_normalize(&orient,
+                               &orient);
+
+       /* Here's up */
+
+       struct ao_quaternion    up = { .r = 0, .x = 0, .y = 0, .z = 1 };
+
+       if (ao_config.pad_orientation != AO_PAD_ORIENTATION_ANTENNA_UP)
+               up.z = -1;
+
+       /* Compute rotation to get from up to our current orientation, set
+        * that as the current rotation vector
+        */
+       ao_quaternion_vectors_to_rotation(&ao_rotation, &up, &orient);
+#endif 
+       nsamples = 0;
+}
+
+#if HAS_GYRO
+
+#define TIME_DIV       200.0f
+
+static void
+ao_sample_rotate(void)
+{
+#ifdef AO_FLIGHT_TEST
+       float   dt = (ao_sample_tick - ao_sample_prev_tick) / TIME_DIV;
+#else
+       static const float dt = 1/TIME_DIV;
+#endif
+       float   x = ao_mpu6000_gyro((float) ((ao_sample_pitch << 9) - ao_ground_pitch) / 512.0f) * dt;
+       float   y = ao_mpu6000_gyro((float) ((ao_sample_yaw << 9) - ao_ground_yaw) / 512.0f) * dt;
+       float   z = ao_mpu6000_gyro((float) ((ao_sample_roll << 9) - ao_ground_roll) / 512.0f) * dt;
+       struct ao_quaternion    rot;
+
+       ao_quaternion_init_half_euler(&rot, x, y, z);
+       ao_quaternion_multiply(&ao_rotation, &rot, &ao_rotation);
+
+       /* And normalize to make sure it remains a unit vector */
+       ao_quaternion_normalize(&ao_rotation, &ao_rotation);
+
+       /* Compute pitch angle from vertical by taking the pad
+        * orientation vector and rotating it by the current total
+        * rotation value. That will be a unit vector pointing along
+        * the airframe axis. The Z value will be the cosine of the
+        * change in the angle from vertical since boost.
+        *
+        * rot = ao_rotation * vertical * ao_rotation°
+        * rot = ao_rotation * (0,0,0,1) * ao_rotation°
+        *     = ((a.z, a.y, -a.x, a.r) * (a.r, -a.x, -a.y, -a.z)) .z
+        *
+        *     = (-a.z * -a.z) + (a.y * -a.y) - (-a.x * -a.x) + (a.r * a.r)
+        *     = a.z² - a.y² - a.x² + a.r²
+        *
+        * rot = ao_rotation * (0, 0, 0, -1) * ao_rotation°
+        *     = ((-a.z, -a.y, a.x, -a.r) * (a.r, -a.x, -a.y, -a.z)) .z
+        *
+        *     = (a.z * -a.z) + (-a.y * -a.y) - (a.x * -a.x) + (-a.r * a.r)
+        *     = -a.z² + a.y² + a.x² - a.r²
+        */
+
+       float rotz;
+       rotz = ao_rotation.z * ao_rotation.z - ao_rotation.y * ao_rotation.y - ao_rotation.x * ao_rotation.x + ao_rotation.r * ao_rotation.r;
+
+       ao_sample_orient = acosf(rotz) * (float) (180.0/M_PI);
 }
+#endif
 
 static void
 ao_sample_preflight(void)
@@ -122,6 +251,25 @@ ao_sample_preflight_update(void)
                ao_sample_preflight_set();
 }
 
+#if 0
+#if HAS_GYRO
+static int32_t p_filt;
+static int32_t y_filt;
+
+static gyro_t inline ao_gyro(void) {
+       gyro_t  p = ao_sample_pitch - ao_ground_pitch;
+       gyro_t  y = ao_sample_yaw - ao_ground_yaw;
+
+       p_filt = p_filt - (p_filt >> 6) + p;
+       y_filt = y_filt - (y_filt >> 6) + y;
+
+       p = p_filt >> 6;
+       y = y_filt >> 6;
+       return ao_sqrt(p*p + y*y);
+}
+#endif
+#endif
+
 uint8_t
 ao_sample(void)
 {
@@ -147,6 +295,14 @@ ao_sample(void)
                        ao_sample_accel = ao_data_accel_invert(ao_sample_accel);
                ao_data_set_accel(ao_data, ao_sample_accel);
 #endif
+#if HAS_GYRO
+               ao_sample_accel_along = ao_data_along(ao_data);
+               ao_sample_accel_across = ao_data_across(ao_data);
+               ao_sample_accel_through = ao_data_through(ao_data);
+               ao_sample_pitch = ao_data_pitch(ao_data);
+               ao_sample_yaw = ao_data_yaw(ao_data);
+               ao_sample_roll = ao_data_roll(ao_data);
+#endif
 
                if (ao_preflight)
                        ao_sample_preflight();
@@ -154,7 +310,13 @@ ao_sample(void)
                        if (ao_flight_state < ao_flight_boost)
                                ao_sample_preflight_update();
                        ao_kalman();
+#if HAS_GYRO
+                       ao_sample_rotate();
+#endif
                }
+#ifdef AO_FLIGHT_TEST
+               ao_sample_prev_tick = ao_sample_tick;
+#endif
                ao_sample_data = ao_data_ring_next(ao_sample_data);
        }
        return !ao_preflight;
@@ -170,6 +332,21 @@ ao_sample_init(void)
 #if HAS_ACCEL
        ao_sample_accel_sum = 0;
        ao_sample_accel = 0;
+#endif
+#if HAS_GYRO
+       ao_sample_accel_along_sum = 0;
+       ao_sample_accel_across_sum = 0;
+       ao_sample_accel_through_sum = 0;
+       ao_sample_accel_along = 0;
+       ao_sample_accel_across = 0;
+       ao_sample_accel_through = 0;
+       ao_sample_pitch_sum = 0;
+       ao_sample_yaw_sum = 0;
+       ao_sample_roll_sum = 0;
+       ao_sample_pitch = 0;
+       ao_sample_yaw = 0;
+       ao_sample_roll = 0;
+       ao_sample_orient = 0;
 #endif
        ao_sample_data = ao_data_head;
        ao_preflight = TRUE;