altos: Correct incremental rotation computation
[fw/altos] / src / core / ao_sample.c
index a9d50cb2535c528947d4cc3fb0f8b8aa06df5828..adf8399dd702535d960804791669cde9f204a812 100644 (file)
@@ -48,7 +48,7 @@ __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_orient;
+__pdata angle_t                ao_sample_orient;
 #endif
 
 __data uint8_t         ao_sample_data;
@@ -70,9 +70,9 @@ __pdata int32_t               ao_accel_scale;         /* sensor to m/s² conversion */
 __pdata accel_t                ao_ground_accel_along;
 __pdata accel_t                ao_ground_accel_across;
 __pdata accel_t                ao_ground_accel_through;
-__pdata gyro_t         ao_ground_pitch;
-__pdata gyro_t         ao_ground_yaw;
-__pdata gyro_t         ao_ground_roll;
+__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 */
@@ -90,7 +90,6 @@ __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;
-static struct ao_quaternion ao_pad_orientation;
 #endif
 
 static void
@@ -125,80 +124,64 @@ ao_sample_preflight_set(void)
        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 >> 9;
-       ao_ground_yaw = ao_sample_yaw_sum >> 9;
-       ao_ground_roll = ao_sample_roll_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_orient = 0;
+       ao_sample_orient = 0;
 
-       /* No rotation yet */
-       ao_quaternion_init_zero_rotation(&ao_rotation);
+       struct ao_quaternion    orient;
 
        /* Take the pad IMU acceleration values and compute our current direction
         */
-       ao_quaternion_init_vector(&ao_pad_orientation,
-                                 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(&ao_pad_orientation,
-                               &ao_pad_orientation);
-                                 
+
+       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) / 100.0;
+       float   dt = (ao_sample_tick - ao_sample_prev_tick) / TIME_DIV;
 #else
-       static const float dt = 1/100.0;
+       static const float dt = 1/TIME_DIV;
 #endif
-       float   x = ao_mpu6000_gyro(ao_sample_pitch - ao_ground_pitch) * dt;
-       float   y = ao_mpu6000_gyro(ao_sample_yaw - ao_ground_yaw) * dt;
-       float   z = ao_mpu6000_gyro(ao_sample_roll - ao_ground_roll) * dt;
-
-       float                   n_2, n;
-       float                   s, c;
-       
+       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;
-       struct ao_quaternion    point;
 
-       /* The amount of rotation is just the length of the vector. Now,
-        * here's the trick -- assume that the rotation amount is small. In this case,
-        * sin(x) ≃ x, so we can just make this the sin.
-        */
-
-       n_2 = x*x + y*y + z*z;
-       n = sqrtf(n_2);
-       s = n / 2;
-       if (s > 1)
-               s = 1;
-       c = sqrtf(1 - s*s);
-
-       /* Make unit vector */
-       if (n > 0) {
-               x /= n;
-               y /= n;
-               z /= n;
-       }
-
-       /* Now compute the unified rotation quaternion */
-
-       ao_quaternion_init_rotation(&rot,
-                                   x, y, z,
-                                   s, c);
-
-       /* Integrate with the previous rotation amount */
-       ao_quaternion_multiply(&ao_rotation, &ao_rotation, &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);
@@ -207,12 +190,26 @@ ao_sample_rotate(void)
         * 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
+        * 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
         */
 
-       ao_quaternion_rotate(&point, &ao_pad_orientation, &ao_rotation);
+       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_orient = acosf(point.z) * (float) (180.0/M_PI);
+       ao_sample_orient = acosf(rotz) * (float) (180.0/M_PI);
 }
 #endif
 
@@ -349,7 +346,7 @@ ao_sample_init(void)
        ao_sample_pitch = 0;
        ao_sample_yaw = 0;
        ao_sample_roll = 0;
-       ao_orient = 0;
+       ao_sample_orient = 0;
 #endif
        ao_sample_data = ao_data_head;
        ao_preflight = TRUE;