src/sensor_fusion/design/sf_orientation.m

   1 % sf_orientation
   2 %
   3 % Copyright (c) 2014 Samsung Electronics Co., Ltd.
   4 %
   5 % Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   6 % you may not use this file except in compliance with the License.
   7 % You may obtain a copy of the License at
   8 %
   9 % http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
  10 %
  11 % Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  12 % distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  13 % WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  14 % See the License for the specific language governing permissions and
  15 % limitations under the License.
  16
  17 % Sensor Fusion Implementation for Orientation Estimation
  18 %
  19 % - Input Accelerometer, Gyroscope and Magnetometer sensor data
  20 % - Call estimate_orientation function
  21 % - Plot results for orientation
  22
  23 addpath('lib');
  24 clear
  25 close all
  26 clc
  27
  28 GRAVITY = 9.80665;
  29 RAD2DEG = 57.2957795;
  30
  31 Max_Range_Accel = 39.203407; Min_Range_Accel = -39.204006; Res_Accel = 0.000598;
  32 Max_Range_Gyro = 1146.862549; Min_Range_Gyro = -1146.880005; Res_Gyro = 0.017500;
  33 Max_Range_Magnetic = 1200; Min_Range_Magnetic = -1200; Res_Magnetic = 1;
  34
  35 PITCH_PHASE_CORRECTION = -1;
  36 ROLL_PHASE_CORRECTION = -1;
  37 YAW_PHASE_CORRECTION = -1;
  38
  39 Bias_Ax = 0.098586;
  40 Bias_Ay = 0.18385;
  41 Bias_Az = 10.084 - GRAVITY;
  42
  43 Bias_Gx = -5.3539;
  44 Bias_Gy = 0.24325;
  45 Bias_Gz = 2.3391;
  46
  47 Bias_Mx = 0;
  48 Bias_My = 0;
  49 Bias_Mz = 0;
  50
  51 Sign_Mx = 1;
  52 Sign_My = 1;
  53 Sign_Mz = 1;
  54
  55 BUFFER_SIZE = 1095;
  56
  57 Accel_data = zeros(4,BUFFER_SIZE);
  58 Gyro_data = zeros(4,BUFFER_SIZE);
  59 Mag_data =  zeros(4,BUFFER_SIZE);
  60
  61 OR_driv = zeros(3,BUFFER_SIZE);
  62 OR_aid = zeros(3,BUFFER_SIZE);
  63 OR_err = zeros(3,BUFFER_SIZE);
  64
  65 euler_driv = zeros(BUFFER_SIZE,3);
  66 euler_aid = zeros(BUFFER_SIZE,3);
  67 euler_err = zeros(BUFFER_SIZE,3);
  68
  69 % Sensor Data simulating orientation motions
  70
  71 % get accel x,y,z axis data from stored file
  72 Accel_data(1,:) = (((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/accel.txt")(:,1))') - Bias_Ax)(1:BUFFER_SIZE);
  73 Accel_data(2,:) = (((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/accel.txt")(:,2))') - Bias_Ay)(1:BUFFER_SIZE);
  74 Accel_data(3,:) = (((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/accel.txt")(:,3))') - Bias_Az)(1:BUFFER_SIZE);
  75 Accel_data(4,:) = ((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/accel.txt")(:,4))')(1:BUFFER_SIZE);
  76
  77 % get gyro x,y,z axis data from stored file
  78 Gyro_data(1,:) = (((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/gyro.txt")(:,1))') - Bias_Gx)(1:BUFFER_SIZE);
  79 Gyro_data(2,:) = (((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/gyro.txt")(:,2))') - Bias_Gy)(1:BUFFER_SIZE);
  80 Gyro_data(3,:) = (((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/gyro.txt")(:,3))') - Bias_Gz)(1:BUFFER_SIZE);
  81 Gyro_data(4,:) = ((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/gyro.txt")(:,4))')(1:BUFFER_SIZE);
  82
  83 scale_Gyro = 575;
  84 Gyro_data(1,:) = Gyro_data(1,:)/scale_Gyro;
  85 Gyro_data(2,:) = Gyro_data(2,:)/scale_Gyro;
  86 Gyro_data(3,:) = Gyro_data(3,:)/scale_Gyro;
  87
  88 % get magnetometer x,y,z axis data from stored file
  89 Mag_data(1,:) = (((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/magnetic.txt")(:,1))') + Bias_Mx)(1:BUFFER_SIZE) * Sign_Mx;
  90 Mag_data(2,:) = (((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/magnetic.txt")(:,2))') + Bias_My)(1:BUFFER_SIZE) * Sign_My;
  91 Mag_data(3,:) = (((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/magnetic.txt")(:,3))') + Bias_Mz)(1:BUFFER_SIZE) * Sign_Mz;
  92 Mag_data(4,:) = ((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/magnetic.txt")(:,4))')(1:BUFFER_SIZE);
  93
  94 % estimate orientation
  95 [Quat_driv, Quat_aid, Quat_err]  = estimate_orientation(Accel_data, Gyro_data, Mag_data);
  96
  97 for i = 1:BUFFER_SIZE
  98         euler_aid(i,:) = quat2euler(Quat_aid(i,:));
  99         OR_aid(1,i) = euler_aid(i,2)' * RAD2DEG;
 100         OR_aid(2,i) = euler_aid(i,1)' * RAD2DEG;
 101         OR_aid(3,i) = euler_aid(i,3)' * RAD2DEG;
 102
 103         euler_driv(i,:) = quat2euler(Quat_driv(i,:));
 104         OR_driv(1,i) = ROLL_PHASE_CORRECTION * euler_driv(i,2)' * RAD2DEG;
 105         OR_driv(2,i) = PITCH_PHASE_CORRECTION * euler_driv(i,1)' * RAD2DEG;
 106         OR_driv(3,i) = YAW_PHASE_CORRECTION * euler_driv(i,3)' * RAD2DEG;
 107
 108         euler_err(i,:) = quat2euler(Quat_err(i,:));
 109         OR_err(1,i) = euler_err(i,2)' * RAD2DEG;
 110         OR_err(2,i) = euler_err(i,1)' * RAD2DEG;
 111         OR_err(3,i) = euler_err(i,3)' * RAD2DEG;
 112 end
 113
 114 % Rotation Plot Results
 115 hfig=(figure);
 116 scrsz = get(0,'ScreenSize');
 117 set(hfig,'position',scrsz);
 118 subplot(3,1,1)
 119 UA = OR_aid(2,:);
 120 p1 = plot(1:length(UA),UA(1,1:length(UA)),'r');
 121 hold on;
 122 grid on;
 123 UA = OR_driv(2,:);
 124 p2 = plot(1:length(UA),UA(1,1:length(UA)),'b');
 125 hold on;
 126 grid on;
 127 UA = OR_err(2,:);
 128 p3 = plot(1:length(UA),UA(1,1:length(UA)),'g');
 129 title(['Pitch']);
 130 legend([p1 p2 p3],'Aiding System', 'Driving System', 'Quaternion based error');
 131 subplot(3,1,2)
 132 UA = OR_aid(1,:);
 133 p1 = plot(1:length(UA),UA(1,1:length(UA)),'r');
 134 hold on;
 135 grid on;
 136 UA = OR_driv(1,:);
 137 p2 = plot(1:length(UA),UA(1,1:length(UA)),'b');
 138 hold on;
 139 grid on;
 140 UA = OR_err(1,:);
 141 p3 = plot(1:length(UA),UA(1,1:length(UA)),'g');
 142 title(['Roll']);
 143 legend([p1 p2 p3],'Aiding System', 'Driving System', 'Quaternion based error');
 144 subplot(3,1,3)
 145 UA = OR_aid(3,:);
 146 p1 = plot(1:length(UA),UA(1,1:length(UA)),'r');
 147 hold on;
 148 grid on;
 149 UA = OR_driv(3,:);
 150 p2 = plot(1:length(UA),UA(1,1:length(UA)),'b');
 151 hold on;
 152 grid on;
 153 UA = OR_err(3,:);
 154 p3 = plot(1:length(UA),UA(1,1:length(UA)),'g');
 155 title(['Yaw']);
 156 legend([p1 p2 p3],'Aiding System', 'Driving System', 'Quaternion based error');