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卡尔曼滤波数据融合算法

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// 卡尔曼滤波
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//在程序中利用Angle+=(Gyro - Q_bias) * dt计算出陀螺仪积分出的角度,其中Q_bias是陀螺仪偏差。

//此时利用陀螺仪积分求出的Angle相当于系统的估计值,得到系统的观测方程;而加速度计检测的角度Accel相当于系统中的测量值,得到系统状态方程。

//程序中Q_angle和Q_gyro分别表示系统对加速度计及陀螺仪的信任度。

根据Pdot = A*P + P*A' + Q_angle计算出先验估计协方差的微分,用于将当前估计值进行线性化处理。

其中A 为雅克比矩阵。

//随后计算系统预测角度的协方差矩阵P。

计算估计值Accel与预测值Angle间的误差Angle_err。

//计算卡尔曼增益K_0,K_1,K_0用于最优估计值,K_1用于计算最优估计值的偏差并更新协方差矩阵P。

//通过卡尔曼增益计算出最优估计值Angle及预测值偏差Q_bias,此时得到最优角度值Angle 及角度值。

//Kalman滤波,20MHz的处理时间约0.77ms;
void Kalman_Filter(float Accel,float Gyro)
{
Angle+=(Gyro - Q_bias) * dt; //先验估计
Pdot[0]=Q_angle - PP[0][1] - PP[1][0]; // Pk-先验估计误差协方差的微分
Pdot[1]=- PP[1][1];
Pdot[2]=- PP[1][1];
Pdot[3]=Q_gyro;
PP[0][0] += Pdot[0] * dt; // Pk-先验估计误差协方差微分的积分
PP[0][1] += Pdot[1] * dt; // =先验估计误差协方差
PP[1][0] += Pdot[2] * dt;
PP[1][1] += Pdot[3] * dt;
Angle_err = Accel - Angle; //zk-先验估计
PCt_0 = C_0 * PP[0][0];
PCt_1 = C_0 * PP[1][0];
E = R_angle + C_0 * PCt_0;
K_0 = PCt_0 / E;
K_1 = PCt_1 / E;
t_0 = PCt_0;
t_1 = C_0 * PP[0][1];
PP[0][0] -= K_0 * t_0; //后验估计误差协方差
PP[0][1] -= K_0 * t_1;
PP[1][0] -= K_1 * t_0;
PP[1][1] -= K_1 * t_1;
Angle += K_0 * Angle_err; //后验估计
Q_bias += K_1 * Angle_err; //后验估计
Gyro_y = Gyro - Q_bias; //输出值(后验估计)的微分=角度}。

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