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 = zeros(BUFFER_SIZE,3);
  66
  67 % Sensor Data simulating orientation motions
  68
  69 % get accel x,y,z axis data from stored file
  70 Accel_data(1,:) = (((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/accel.txt")(:,1))') - Bias_Ax)(1:BUFFER_SIZE);
  71 Accel_data(2,:) = (((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/accel.txt")(:,2))') - Bias_Ay)(1:BUFFER_SIZE);
  72 Accel_data(3,:) = (((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/accel.txt")(:,3))') - Bias_Az)(1:BUFFER_SIZE);
  73 Accel_data(4,:) = ((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/accel.txt")(:,4))')(1:BUFFER_SIZE);
  74
  75 % get gyro x,y,z axis data from stored file
  76 Gyro_data(1,:) = (((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/gyro.txt")(:,1))') - Bias_Gx)(1:BUFFER_SIZE);
  77 Gyro_data(2,:) = (((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/gyro.txt")(:,2))') - Bias_Gy)(1:BUFFER_SIZE);
  78 Gyro_data(3,:) = (((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/gyro.txt")(:,3))') - Bias_Gz)(1:BUFFER_SIZE);
  79 Gyro_data(4,:) = ((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/gyro.txt")(:,4))')(1:BUFFER_SIZE);
  80
  81 scale_Gyro = 575;
  82 Gyro_data(1,:) = Gyro_data(1,:)/scale_Gyro;
  83 Gyro_data(2,:) = Gyro_data(2,:)/scale_Gyro;
  84 Gyro_data(3,:) = Gyro_data(3,:)/scale_Gyro;
  85
  86 % get magnetometer x,y,z axis data from stored file
  87 Mag_data(1,:) = (((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/magnetic.txt")(:,1))') + Bias_Mx)(1:BUFFER_SIZE) * Sign_Mx;
  88 Mag_data(2,:) = (((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/magnetic.txt")(:,2))') + Bias_My)(1:BUFFER_SIZE) * Sign_My;
  89 Mag_data(3,:) = (((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/magnetic.txt")(:,3))') + Bias_Mz)(1:BUFFER_SIZE) * Sign_Mz;
  90 Mag_data(4,:) = ((dlmread("data/100ms/orientation/roll_pitch_yaw/magnetic.txt")(:,4))')(1:BUFFER_SIZE);
  91
  92 % estimate orientation
  93 [Quat_driv, Quat_aid, Quat_err]  = estimate_orientation(Accel_data, Gyro_data, Mag_data);
  94
  95 euler = quat2euler(Quat_aid);
  96 OR_aid(1,:) = euler(:,2)' * RAD2DEG;
  97 OR_aid(2,:) = euler(:,1)' * RAD2DEG;
  98 OR_aid(3,:) = euler(:,3)' * RAD2DEG;
  99
 100 euler = quat2euler(Quat_driv);
 101 OR_driv(1,:) = ROLL_PHASE_CORRECTION * euler(:,2)' * RAD2DEG;
 102 OR_driv(2,:) = PITCH_PHASE_CORRECTION * euler(:,1)' * RAD2DEG;
 103 OR_driv(3,:) = YAW_PHASE_CORRECTION * euler(:,3)' * RAD2DEG;
 104
 105 euler = quat2euler(Quat_err);
 106 OR_err(1,:) = euler(:,2)' * RAD2DEG;
 107 OR_err(2,:) = euler(:,1)' * RAD2DEG;
 108 OR_err(3,:) = euler(:,3)' * RAD2DEG;
 109
 110 % Rotation Plot Results
 111 hfig=(figure);
 112 scrsz = get(0,'ScreenSize');
 113 set(hfig,'position',scrsz);
 114 subplot(3,1,1)
 115 UA = OR_aid(2,:);
 116 p1 = plot(1:length(UA),UA(1,1:length(UA)),'r');
 117 hold on;
 118 grid on;
 119 UA = OR_driv(2,:);
 120 p2 = plot(1:length(UA),UA(1,1:length(UA)),'b');
 121 hold on;
 122 grid on;
 123 UA = OR_err(2,:);
 124 p3 = plot(1:length(UA),UA(1,1:length(UA)),'g');
 125 title(['Pitch']);
 126 legend([p1 p2 p3],'Aiding System', 'Driving System', 'Quaternion based error');
 127 subplot(3,1,2)
 128 UA = OR_aid(1,:);
 129 p1 = plot(1:length(UA),UA(1,1:length(UA)),'r');
 130 hold on;
 131 grid on;
 132 UA = OR_driv(1,:);
 133 p2 = plot(1:length(UA),UA(1,1:length(UA)),'b');
 134 hold on;
 135 grid on;
 136 UA = OR_err(1,:);
 137 p3 = plot(1:length(UA),UA(1,1:length(UA)),'g');
 138 title(['Roll']);
 139 legend([p1 p2 p3],'Aiding System', 'Driving System', 'Quaternion based error');
 140 subplot(3,1,3)
 141 UA = OR_aid(3,:);
 142 p1 = plot(1:length(UA),UA(1,1:length(UA)),'r');
 143 hold on;
 144 grid on;
 145 UA = OR_driv(3,:);
 146 p2 = plot(1:length(UA),UA(1,1:length(UA)),'b');
 147 hold on;
 148 grid on;
 149 UA = OR_err(3,:);
 150 p3 = plot(1:length(UA),UA(1,1:length(UA)),'g');
 151 title(['Yaw']);
 152 legend([p1 p2 p3],'Aiding System', 'Driving System', 'Quaternion based error');