Paparazzi UAS
v7.0_unstable
Paparazzi is a free software Unmanned Aircraft System.
pprz_algebra.h
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1
/*
2
* Copyright (C) 2008-2011 Antoine Drouin
3
* 2008-2014 The Paparazzi Team
4
*
5
* This file is part of paparazzi.
6
*
7
* paparazzi is free software; you can redistribute it and/or modify
8
* it under the terms of the GNU General Public License as published by
9
* the Free Software Foundation; either version 2, or (at your option)
10
* any later version.
11
*
12
* paparazzi is distributed in the hope that it will be useful,
13
* but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14
* MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
15
* GNU General Public License for more details.
16
*
17
* You should have received a copy of the GNU General Public License
18
* along with paparazzi; see the file COPYING. If not, see
19
* <http://www.gnu.org/licenses/>.
20
*/
21
36
#ifndef PPRZ_ALGEBRA_H
37
#define PPRZ_ALGEBRA_H
38
39
#ifdef __cplusplus
40
extern
"C"
{
41
#endif
42
43
#include <float.h>
/* for FLT_EPSILON */
44
#include <string.h>
/* for memcpy */
45
#include "
std.h
"
/* for ABS */
46
#include "math.h"
/* for log and fabs */
47
48
#define SQUARE(_a) ((_a)*(_a))
49
50
//
51
//
52
// Vector algebra
53
//
54
//
55
56
57
/*
58
* Dimension 2 vectors
59
*/
60
61
/* a = {x, y} */
62
#define VECT2_ASSIGN(_a, _x, _y) { \
63
(_a).x = (_x); \
64
(_a).y = (_y); \
65
}
66
67
/* a = b */
68
#define VECT2_COPY(_a, _b) { \
69
(_a).x = (_b).x; \
70
(_a).y = (_b).y; \
71
}
72
73
/* a += b */
74
#define VECT2_ADD(_a, _b) { \
75
(_a).x += (_b).x; \
76
(_a).y += (_b).y; \
77
}
78
79
/* a -= b */
80
#define VECT2_SUB(_a, _b) { \
81
(_a).x -= (_b).x; \
82
(_a).y -= (_b).y; \
83
}
84
85
/* c = a + b */
86
#define VECT2_SUM(_c, _a, _b) { \
87
(_c).x = (_a).x + (_b).x; \
88
(_c).y = (_a).y + (_b).y; \
89
}
90
91
/* c = a - b */
92
#define VECT2_DIFF(_c, _a, _b) { \
93
(_c).x = (_a).x - (_b).x; \
94
(_c).y = (_a).y - (_b).y; \
95
}
96
97
/* _vo = _vi * _s */
98
#define VECT2_SMUL(_vo, _vi, _s) { \
99
(_vo).x = (_vi).x * (_s); \
100
(_vo).y = (_vi).y * (_s); \
101
}
102
103
/* _vo = _vi / _s */
104
#define VECT2_SDIV(_vo, _vi, _s) { \
105
(_vo).x = (_vi).x / (_s); \
106
(_vo).y = (_vi).y / (_s); \
107
}
108
109
/* _v = Bound(_v, _min, _max) */
110
#define VECT2_STRIM(_v, _min, _max) { \
111
(_v).x = (_v).x < _min ? _min : (_v).x > _max ? _max : (_v).x; \
112
(_v).y = (_v).y < _min ? _min : (_v).y > _max ? _max : (_v).y; \
113
}
114
115
/* _vo=v1*v2 */
116
#define VECT2_DOT_PRODUCT(_v1, _v2) ((_v1).x*(_v2).x + (_v1).y*(_v2).y)
117
118
#define VECT2_NORM2(_v) ((_v).x*(_v).x + (_v).y*(_v).y)
119
120
/*
121
* Dimension 3 vectors
122
*/
123
124
/* a = {x, y, z} */
125
#define VECT3_ASSIGN(_a, _x, _y, _z) { \
126
(_a).x = (_x); \
127
(_a).y = (_y); \
128
(_a).z = (_z); \
129
}
130
131
132
/* a = {abs(x), abs(y), abs(z)} */
133
#define VECT3_ASSIGN_ABS(_a, _x, _y, _z) { \
134
(_a).x = ABS(_x); \
135
(_a).y = ABS(_y); \
136
(_a).z = ABS(_z); \
137
}
138
139
/* a = b */
140
#define VECT3_COPY(_a, _b) { \
141
(_a).x = (_b).x; \
142
(_a).y = (_b).y; \
143
(_a).z = (_b).z; \
144
}
145
146
/* a += b */
147
#define VECT3_ADD(_a, _b) { \
148
(_a).x += (_b).x; \
149
(_a).y += (_b).y; \
150
(_a).z += (_b).z; \
151
}
152
153
/* a -= b */
154
#define VECT3_SUB(_a, _b) { \
155
(_a).x -= (_b).x; \
156
(_a).y -= (_b).y; \
157
(_a).z -= (_b).z; \
158
}
159
160
/* c = a + b */
161
#define VECT3_SUM(_c, _a, _b) { \
162
(_c).x = (_a).x + (_b).x; \
163
(_c).y = (_a).y + (_b).y; \
164
(_c).z = (_a).z + (_b).z; \
165
}
166
167
/* a += b*s */
168
#define VECT3_ADD_SCALED(_a, _b, _s) { \
169
(_a).x += ((_b).x * (_s)); \
170
(_a).y += ((_b).y * (_s)); \
171
(_a).z += ((_b).z * (_s)); \
172
}
173
174
/* c = a + _s * b */
175
#define VECT3_SUM_SCALED(_c, _a, _b, _s) { \
176
(_c).x = (_a).x + (_s)*(_b).x; \
177
(_c).y = (_a).y + (_s)*(_b).y; \
178
(_c).z = (_a).z + (_s)*(_b).z; \
179
}
180
181
/* c = a - b */
182
#define VECT3_DIFF(_c, _a, _b) { \
183
(_c).x = (_a).x - (_b).x; \
184
(_c).y = (_a).y - (_b).y; \
185
(_c).z = (_a).z - (_b).z; \
186
}
187
188
/* _vo = _vi * _s */
189
#define VECT3_SMUL(_vo, _vi, _s) { \
190
(_vo).x = (_vi).x * (_s); \
191
(_vo).y = (_vi).y * (_s); \
192
(_vo).z = (_vi).z * (_s); \
193
}
194
195
/* _vo = _vi / _s */
196
#define VECT3_SDIV(_vo, _vi, _s) { \
197
(_vo).x = (_vi).x / (_s); \
198
(_vo).y = (_vi).y / (_s); \
199
(_vo).z = (_vi).z / (_s); \
200
}
201
202
/* _v = Bound(_v, _min, _max) */
203
#define VECT3_STRIM(_v, _min, _max) { \
204
(_v).x = (_v).x < _min ? _min : (_v).x > _max ? _max : (_v).x; \
205
(_v).y = (_v).y < _min ? _min : (_v).y > _max ? _max : (_v).y; \
206
(_v).z = (_v).z < _min ? _min : (_v).z > _max ? _max : (_v).z; \
207
}
208
209
/* */
210
#define VECT3_EW_DIV(_vo, _va, _vb) { \
211
(_vo).x = (_va).x / (_vb).x; \
212
(_vo).y = (_va).y / (_vb).y; \
213
(_vo).z = (_va).z / (_vb).z; \
214
}
215
216
/* */
217
#define VECT3_EW_MUL(_vo, _va, _vb) { \
218
(_vo).x = (_va).x * (_vb).x; \
219
(_vo).y = (_va).y * (_vb).y; \
220
(_vo).z = (_va).z * (_vb).z; \
221
}
222
223
/* */
224
#define VECT3_BOUND_CUBE(_v, _min, _max) { \
225
if ((_v).x > (_max)) (_v).x = (_max); else if ((_v).x < (_min)) (_v).x = (_min); \
226
if ((_v).y > (_max)) (_v).y = (_max); else if ((_v).y < (_min)) (_v).y = (_min); \
227
if ((_v).z > (_max)) (_v).z = (_max); else if ((_v).z < (_min)) (_v).z = (_min); \
228
}
229
230
/* */
231
#define VECT3_BOUND_BOX(_v, _v_min, _v_max) { \
232
if ((_v).x > (_v_max).x) (_v).x = (_v_max).x; else if ((_v).x < (_v_min).x) (_v).x = (_v_min).x; \
233
if ((_v).y > (_v_max).y) (_v).y = (_v_max).y; else if ((_v).y < (_v_min).y) (_v).y = (_v_min).y; \
234
if ((_v).z > (_v_max).z) (_v).z = (_v_max).z; else if ((_v).z < (_v_min).z) (_v).z = (_v_min).z; \
235
}
236
237
/* */
238
#define VECT3_ABS(_vo, _vi) { \
239
(_vo).x = ABS((_vi).x); \
240
(_vo).y = ABS((_vi).y); \
241
(_vo).z = ABS((_vi).z); \
242
}
243
244
#define VECT3_CROSS_PRODUCT(_vo, _v1, _v2) { \
245
(_vo).x = (_v1).y*(_v2).z - (_v1).z*(_v2).y; \
246
(_vo).y = (_v1).z*(_v2).x - (_v1).x*(_v2).z; \
247
(_vo).z = (_v1).x*(_v2).y - (_v1).y*(_v2).x; \
248
}
249
250
#define VECT3_DOT_PRODUCT(_v1, _v2) ((_v1).x*(_v2).x + (_v1).y*(_v2).y + (_v1).z*(_v2).z)
251
252
#define VECT3_NORM2(_v) ((_v).x*(_v).x + (_v).y*(_v).y + (_v).z*(_v).z)
253
254
#define VECT3_RATES_CROSS_VECT3(_vo, _r1, _v2) { \
255
(_vo).x = (_r1).q*(_v2).z - (_r1).r*(_v2).y; \
256
(_vo).y = (_r1).r*(_v2).x - (_r1).p*(_v2).z; \
257
(_vo).z = (_r1).p*(_v2).y - (_r1).q*(_v2).x; \
258
}
259
260
261
//
262
//
263
// Euler angles
264
//
265
//
266
267
268
#define EULERS_COPY(_a, _b) { \
269
(_a).phi = (_b).phi; \
270
(_a).theta = (_b).theta; \
271
(_a).psi = (_b).psi; \
272
}
273
274
#define EULERS_ASSIGN(_e, _phi, _theta, _psi) { \
275
(_e).phi = (_phi); \
276
(_e).theta = (_theta); \
277
(_e).psi = (_psi); \
278
}
279
280
/* a += b */
281
#define EULERS_ADD(_a, _b) { \
282
(_a).phi += (_b).phi; \
283
(_a).theta += (_b).theta; \
284
(_a).psi += (_b).psi; \
285
}
286
287
/* a += b */
288
#define EULERS_SUB(_a, _b) { \
289
(_a).phi -= (_b).phi; \
290
(_a).theta -= (_b).theta; \
291
(_a).psi -= (_b).psi; \
292
}
293
294
/* c = a - b */
295
#define EULERS_DIFF(_c, _a, _b) { \
296
(_c).phi = (_a).phi - (_b).phi; \
297
(_c).theta = (_a).theta - (_b).theta; \
298
(_c).psi = (_a).psi - (_b).psi; \
299
}
300
301
302
/* _vo = _vi * _s */
303
#define EULERS_SMUL(_eo, _ei, _s) { \
304
(_eo).phi = (_ei).phi * (_s); \
305
(_eo).theta = (_ei).theta * (_s); \
306
(_eo).psi = (_ei).psi * (_s); \
307
}
308
309
/* _vo = _vi / _s */
310
#define EULERS_SDIV(_eo, _ei, _s) { \
311
(_eo).phi = (_ei).phi / (_s); \
312
(_eo).theta = (_ei).theta / (_s); \
313
(_eo).psi = (_ei).psi / (_s); \
314
}
315
316
/* _v = Bound(_v, _min, _max) */
317
#define EULERS_BOUND_CUBE(_v, _min, _max) { \
318
(_v).phi = (_v).phi < (_min) ? (_min) : (_v).phi > (_max) ? (_max) : (_v).phi; \
319
(_v).theta = (_v).theta < (_min) ? (_min) : (_v).theta > (_max) ? (_max) : (_v).theta; \
320
(_v).psi = (_v).psi < (_min) ? (_min) : (_v).psi > (_max) ? (_max) : (_v).psi; \
321
}
322
323
//
324
//
325
// Rates
326
//
327
//
328
329
/* ra = {p, q, r} */
330
#define RATES_ASSIGN(_ra, _p, _q, _r) { \
331
(_ra).p = (_p); \
332
(_ra).q = (_q); \
333
(_ra).r = (_r); \
334
}
335
336
/* a = b */
337
#define RATES_COPY(_a, _b) { \
338
(_a).p = (_b).p; \
339
(_a).q = (_b).q; \
340
(_a).r = (_b).r; \
341
}
342
343
/* a += b */
344
#define RATES_ADD(_a, _b) { \
345
(_a).p += (_b).p; \
346
(_a).q += (_b).q; \
347
(_a).r += (_b).r; \
348
}
349
350
/* a -= b */
351
#define RATES_SUB(_a, _b) { \
352
(_a).p -= (_b).p; \
353
(_a).q -= (_b).q; \
354
(_a).r -= (_b).r; \
355
}
356
357
/* c = a + b */
358
#define RATES_SUM(_c, _a, _b) { \
359
(_c).p = (_a).p + (_b).p; \
360
(_c).q = (_a).q + (_b).q; \
361
(_c).r = (_a).r + (_b).r; \
362
}
363
364
/* c = a + _s * b */
365
#define RATES_SUM_SCALED(_c, _a, _b, _s) { \
366
(_c).p = (_a).p + (_s)*(_b).p; \
367
(_c).q = (_a).q + (_s)*(_b).q; \
368
(_c).r = (_a).r + (_s)*(_b).r; \
369
}
370
371
/* c = a - b */
372
#define RATES_DIFF(_c, _a, _b) { \
373
(_c).p = (_a).p - (_b).p; \
374
(_c).q = (_a).q - (_b).q; \
375
(_c).r = (_a).r - (_b).r; \
376
}
377
378
/* _ro = _ri * _s */
379
#define RATES_SMUL(_ro, _ri, _s) { \
380
(_ro).p = (_ri).p * (_s); \
381
(_ro).q = (_ri).q * (_s); \
382
(_ro).r = (_ri).r * (_s); \
383
}
384
385
/* _ro = _ri / _s */
386
#define RATES_SDIV(_ro, _ri, _s) { \
387
(_ro).p = (_ri).p / (_s) ; \
388
(_ro).q = (_ri).q / (_s); \
389
(_ro).r = (_ri).r / (_s); \
390
}
391
392
/* Element wise vector multiplication */
393
#define RATES_EWMULT_RSHIFT(c, a, b, _s) { \
394
(c).p = ((a).p * (b).p) >> (_s); \
395
(c).q = ((a).q * (b).q) >> (_s); \
396
(c).r = ((a).r * (b).r) >> (_s); \
397
}
398
399
400
/* _v = Bound(_v, _min, _max) */
401
#define RATES_BOUND_CUBE(_v, _min, _max) { \
402
(_v).p = (_v).p < (_min) ? (_min) : (_v).p > (_max) ? (_max) : (_v).p; \
403
(_v).q = (_v).q < (_min) ? (_min) : (_v).q > (_max) ? (_max) : (_v).q; \
404
(_v).r = (_v).r < (_min) ? (_min) : (_v).r > (_max) ? (_max) : (_v).r; \
405
}
406
407
#define RATES_BOUND_BOX(_v, _v_min, _v_max) { \
408
if ((_v).p > (_v_max).p) (_v).p = (_v_max).p; else if ((_v).p < (_v_min).p) (_v).p = (_v_min).p; \
409
if ((_v).q > (_v_max).q) (_v).q = (_v_max).q; else if ((_v).q < (_v_min).q) (_v).q = (_v_min).q; \
410
if ((_v).r > (_v_max).r) (_v).r = (_v_max).r; else if ((_v).r < (_v_min).r) (_v).r = (_v_min).r; \
411
}
412
413
#define RATES_BOUND_BOX_ABS(_v, _v_max) { \
414
if ((_v).p > (_v_max).p) (_v).p = (_v_max).p; else if ((_v).p < -(_v_max).p) (_v).p = -(_v_max).p; \
415
if ((_v).q > (_v_max).q) (_v).q = (_v_max).q; else if ((_v).q < -(_v_max).q) (_v).q = -(_v_max).q; \
416
if ((_v).r > (_v_max).r) (_v).r = (_v_max).r; else if ((_v).r < -(_v_max).r) (_v).r = -(_v_max).r; \
417
}
418
419
#define RATES_ADD_SCALED_VECT(_ro, _v, _s) { \
420
(_ro).p += (_v).x * (_s); \
421
(_ro).q += (_v).y * (_s); \
422
(_ro).r += (_v).z * (_s); \
423
}
424
425
//
426
//
427
// Matrix
428
//
429
//
430
431
432
/*
433
* 3x3 matrices
434
*/
435
/* accessor : row and col range from 0 to 2 */
436
#define MAT33_ELMT(_m, _row, _col) ((_m).m[(_row)*3+(_col)])
437
438
#define MAT33_COPY(_mat1,_mat2) { \
439
MAT33_ELMT((_mat1),0,0) = MAT33_ELMT((_mat2),0,0); \
440
MAT33_ELMT((_mat1),0,1) = MAT33_ELMT((_mat2),0,1); \
441
MAT33_ELMT((_mat1),0,2) = MAT33_ELMT((_mat2),0,2); \
442
MAT33_ELMT((_mat1),1,0) = MAT33_ELMT((_mat2),1,0); \
443
MAT33_ELMT((_mat1),1,1) = MAT33_ELMT((_mat2),1,1); \
444
MAT33_ELMT((_mat1),1,2) = MAT33_ELMT((_mat2),1,2); \
445
MAT33_ELMT((_mat1),2,0) = MAT33_ELMT((_mat2),2,0); \
446
MAT33_ELMT((_mat1),2,1) = MAT33_ELMT((_mat2),2,1); \
447
MAT33_ELMT((_mat1),2,2) = MAT33_ELMT((_mat2),2,2); \
448
}
449
450
#define MAT33_MULT_SCALAR(_mat1,_scalar) { \
451
MAT33_ELMT((_mat1),0,0) = MAT33_ELMT((_mat1),0,0)*_scalar; \
452
MAT33_ELMT((_mat1),0,1) = MAT33_ELMT((_mat1),0,1)*_scalar; \
453
MAT33_ELMT((_mat1),0,2) = MAT33_ELMT((_mat1),0,2)*_scalar; \
454
MAT33_ELMT((_mat1),1,0) = MAT33_ELMT((_mat1),1,0)*_scalar; \
455
MAT33_ELMT((_mat1),1,1) = MAT33_ELMT((_mat1),1,1)*_scalar; \
456
MAT33_ELMT((_mat1),1,2) = MAT33_ELMT((_mat1),1,2)*_scalar; \
457
MAT33_ELMT((_mat1),2,0) = MAT33_ELMT((_mat1),2,0)*_scalar; \
458
MAT33_ELMT((_mat1),2,1) = MAT33_ELMT((_mat1),2,1)*_scalar; \
459
MAT33_ELMT((_mat1),2,2) = MAT33_ELMT((_mat1),2,2)*_scalar; \
460
}
461
462
/* multiply _vin by _mat, store in _vout */
463
#define MAT33_VECT3_MUL(_vout, _mat, _vin) { \
464
(_vout).x = MAT33_ELMT((_mat), 0, 0) * (_vin).x + \
465
MAT33_ELMT((_mat), 0, 1) * (_vin).y + \
466
MAT33_ELMT((_mat), 0, 2) * (_vin).z; \
467
(_vout).y = MAT33_ELMT((_mat), 1, 0) * (_vin).x + \
468
MAT33_ELMT((_mat), 1, 1) * (_vin).y + \
469
MAT33_ELMT((_mat), 1, 2) * (_vin).z; \
470
(_vout).z = MAT33_ELMT((_mat), 2, 0) * (_vin).x + \
471
MAT33_ELMT((_mat), 2, 1) * (_vin).y + \
472
MAT33_ELMT((_mat), 2, 2) * (_vin).z; \
473
}
474
475
/* multiply _vin by transpose of _mat, store in _vout */
476
#define MAT33_VECT3_TRANSP_MUL(_vout, _mat, _vin) { \
477
(_vout).x = MAT33_ELMT((_mat), 0, 0) * (_vin).x + \
478
MAT33_ELMT((_mat), 1, 0) * (_vin).y + \
479
MAT33_ELMT((_mat), 2, 0) * (_vin).z; \
480
(_vout).y = MAT33_ELMT((_mat), 0, 1) * (_vin).x + \
481
MAT33_ELMT((_mat), 1, 1) * (_vin).y + \
482
MAT33_ELMT((_mat), 2, 1) * (_vin).z; \
483
(_vout).z = MAT33_ELMT((_mat), 0, 2) * (_vin).x + \
484
MAT33_ELMT((_mat), 1, 2) * (_vin).y + \
485
MAT33_ELMT((_mat), 2, 2) * (_vin).z; \
486
}
487
488
/* invS = 1/det(S) com(S)' */
489
#define MAT33_INV(_minv, _m) { \
490
const float m00 = MAT33_ELMT((_m),1,1)*MAT33_ELMT((_m),2,2) - MAT33_ELMT((_m),1,2)*MAT33_ELMT((_m),2,1); \
491
const float m10 = MAT33_ELMT((_m),0,1)*MAT33_ELMT((_m),2,2) - MAT33_ELMT((_m),0,2)*MAT33_ELMT((_m),2,1); \
492
const float m20 = MAT33_ELMT((_m),0,1)*MAT33_ELMT((_m),1,2) - MAT33_ELMT((_m),0,2)*MAT33_ELMT((_m),1,1); \
493
const float m01 = MAT33_ELMT((_m),1,0)*MAT33_ELMT((_m),2,2) - MAT33_ELMT((_m),1,2)*MAT33_ELMT((_m),2,0); \
494
const float m11 = MAT33_ELMT((_m),0,0)*MAT33_ELMT((_m),2,2) - MAT33_ELMT((_m),0,2)*MAT33_ELMT((_m),2,0); \
495
const float m21 = MAT33_ELMT((_m),0,0)*MAT33_ELMT((_m),1,2) - MAT33_ELMT((_m),0,2)*MAT33_ELMT((_m),1,0); \
496
const float m02 = MAT33_ELMT((_m),1,0)*MAT33_ELMT((_m),2,1) - MAT33_ELMT((_m),1,1)*MAT33_ELMT((_m),2,0); \
497
const float m12 = MAT33_ELMT((_m),0,0)*MAT33_ELMT((_m),2,1) - MAT33_ELMT((_m),0,1)*MAT33_ELMT((_m),2,0); \
498
const float m22 = MAT33_ELMT((_m),0,0)*MAT33_ELMT((_m),1,1) - MAT33_ELMT((_m),0,1)*MAT33_ELMT((_m),1,0); \
499
const float det = MAT33_ELMT((_m),0,0)*m00 - MAT33_ELMT((_m),1,0)*m10 + MAT33_ELMT((_m),2,0)*m20; \
500
if (fabs(det) > FLT_EPSILON) { \
501
MAT33_ELMT((_minv),0,0) = m00 / det; \
502
MAT33_ELMT((_minv),1,0) = -m01 / det; \
503
MAT33_ELMT((_minv),2,0) = m02 / det; \
504
MAT33_ELMT((_minv),0,1) = -m10 / det; \
505
MAT33_ELMT((_minv),1,1) = m11 / det; \
506
MAT33_ELMT((_minv),2,1) = -m12 / det; \
507
MAT33_ELMT((_minv),0,2) = m20 / det; \
508
MAT33_ELMT((_minv),1,2) = -m21 / det; \
509
MAT33_ELMT((_minv),2,2) = m22 / det; \
510
} \
511
}
512
513
/* set _row of _mat with _vin multiplied by scalar _s */
514
#define MAT33_ROW_VECT3_SMUL(_mat, _row, _vin, _s) { \
515
MAT33_ELMT((_mat), _row, 0) = (_vin).x * (_s); \
516
MAT33_ELMT((_mat), _row, 1) = (_vin).y * (_s); \
517
MAT33_ELMT((_mat), _row, 2) = (_vin).z * (_s); \
518
}
519
520
/* outer product of _v_a and _v_b, resulting in a 3x3 matrix */
521
#define VECT3_VECT3_TRANS_MUL(_mat, _v_a, _v_b) { \
522
MAT33_ELMT((_mat),0,0) = (_v_a).x*(_v_b).x; \
523
MAT33_ELMT((_mat),0,1) = (_v_a).x*(_v_b).y; \
524
MAT33_ELMT((_mat),0,2) = (_v_a).x*(_v_b).z; \
525
MAT33_ELMT((_mat),1,0) = (_v_a).y*(_v_b).x; \
526
MAT33_ELMT((_mat),1,1) = (_v_a).y*(_v_b).y; \
527
MAT33_ELMT((_mat),1,2) = (_v_a).y*(_v_b).z; \
528
MAT33_ELMT((_mat),2,0) = (_v_a).z*(_v_b).x; \
529
MAT33_ELMT((_mat),2,1) = (_v_a).z*(_v_b).y; \
530
MAT33_ELMT((_mat),2,2) = (_v_a).z*(_v_b).z; \
531
}
532
533
/* elementwise subtraction of two 3x3 matrices */
534
#define MAT33_MAT33_DIFF(_mat1, _mat2, _mat3) { \
535
MAT33_ELMT((_mat1),0,0) = MAT33_ELMT((_mat2),0,0)-MAT33_ELMT((_mat3),0,0); \
536
MAT33_ELMT((_mat1),0,1) = MAT33_ELMT((_mat2),0,1)-MAT33_ELMT((_mat3),0,1); \
537
MAT33_ELMT((_mat1),0,2) = MAT33_ELMT((_mat2),0,2)-MAT33_ELMT((_mat3),0,2); \
538
MAT33_ELMT((_mat1),1,0) = MAT33_ELMT((_mat2),1,0)-MAT33_ELMT((_mat3),1,0); \
539
MAT33_ELMT((_mat1),1,1) = MAT33_ELMT((_mat2),1,1)-MAT33_ELMT((_mat3),1,1); \
540
MAT33_ELMT((_mat1),1,2) = MAT33_ELMT((_mat2),1,2)-MAT33_ELMT((_mat3),1,2); \
541
MAT33_ELMT((_mat1),2,0) = MAT33_ELMT((_mat2),2,0)-MAT33_ELMT((_mat3),2,0); \
542
MAT33_ELMT((_mat1),2,1) = MAT33_ELMT((_mat2),2,1)-MAT33_ELMT((_mat3),2,1); \
543
MAT33_ELMT((_mat1),2,2) = MAT33_ELMT((_mat2),2,2)-MAT33_ELMT((_mat3),2,2); \
544
}
545
546
/* elementwise addition of two 3x3 matrices */
547
#define MAT33_MAT33_SUM(_mat1, _mat2, _mat3) { \
548
MAT33_ELMT((_mat1),0,0) = MAT33_ELMT((_mat2),0,0)+MAT33_ELMT((_mat3),0,0); \
549
MAT33_ELMT((_mat1),0,1) = MAT33_ELMT((_mat2),0,1)+MAT33_ELMT((_mat3),0,1); \
550
MAT33_ELMT((_mat1),0,2) = MAT33_ELMT((_mat2),0,2)+MAT33_ELMT((_mat3),0,2); \
551
MAT33_ELMT((_mat1),1,0) = MAT33_ELMT((_mat2),1,0)+MAT33_ELMT((_mat3),1,0); \
552
MAT33_ELMT((_mat1),1,1) = MAT33_ELMT((_mat2),1,1)+MAT33_ELMT((_mat3),1,1); \
553
MAT33_ELMT((_mat1),1,2) = MAT33_ELMT((_mat2),1,2)+MAT33_ELMT((_mat3),1,2); \
554
MAT33_ELMT((_mat1),2,0) = MAT33_ELMT((_mat2),2,0)+MAT33_ELMT((_mat3),2,0); \
555
MAT33_ELMT((_mat1),2,1) = MAT33_ELMT((_mat2),2,1)+MAT33_ELMT((_mat3),2,1); \
556
MAT33_ELMT((_mat1),2,2) = MAT33_ELMT((_mat2),2,2)+MAT33_ELMT((_mat3),2,2); \
557
}
558
559
/* transpose of a 3x3 matrix */
560
#define MAT33_TRANS(_mat1,_mat2) { \
561
MAT33_ELMT((_mat1),0,0) = MAT33_ELMT((_mat2),0,0); \
562
MAT33_ELMT((_mat1),0,1) = MAT33_ELMT((_mat2),1,0); \
563
MAT33_ELMT((_mat1),0,2) = MAT33_ELMT((_mat2),2,0); \
564
MAT33_ELMT((_mat1),1,0) = MAT33_ELMT((_mat2),0,1); \
565
MAT33_ELMT((_mat1),1,1) = MAT33_ELMT((_mat2),1,1); \
566
MAT33_ELMT((_mat1),1,2) = MAT33_ELMT((_mat2),2,1); \
567
MAT33_ELMT((_mat1),2,0) = MAT33_ELMT((_mat2),0,2); \
568
MAT33_ELMT((_mat1),2,1) = MAT33_ELMT((_mat2),1,2); \
569
MAT33_ELMT((_mat1),2,2) = MAT33_ELMT((_mat2),2,2); \
570
}
571
572
573
//
574
//
575
// Quaternion algebras
576
//
577
//
578
579
/* _q = [_i _x _y _z] */
580
#define QUAT_ASSIGN(_q, _i, _x, _y, _z) { \
581
(_q).qi = (_i); \
582
(_q).qx = (_x); \
583
(_q).qy = (_y); \
584
(_q).qz = (_z); \
585
}
586
587
/* _qc = _qa - _qb */
588
#define QUAT_DIFF(_qc, _qa, _qb) { \
589
(_qc).qi = (_qa).qi - (_qb).qi; \
590
(_qc).qx = (_qa).qx - (_qb).qx; \
591
(_qc).qy = (_qa).qy - (_qb).qy; \
592
(_qc).qz = (_qa).qz - (_qb).qz; \
593
}
594
595
/* _qo = _qi */
596
#define QUAT_COPY(_qo, _qi) { \
597
(_qo).qi = (_qi).qi; \
598
(_qo).qx = (_qi).qx; \
599
(_qo).qy = (_qi).qy; \
600
(_qo).qz = (_qi).qz; \
601
}
602
603
#define QUAT_EXPLEMENTARY(b,a) { \
604
(b).qi = -(a).qi; \
605
(b).qx = -(a).qx; \
606
(b).qy = -(a).qy; \
607
(b).qz = -(a).qz; \
608
}
609
610
/* _qo = _qi * _s */
611
#define QUAT_SMUL(_qo, _qi, _s) { \
612
(_qo).qi = (_qi).qi * (_s); \
613
(_qo).qx = (_qi).qx * (_s); \
614
(_qo).qy = (_qi).qy * (_s); \
615
(_qo).qz = (_qi).qz * (_s); \
616
}
617
618
/* _qo = _qo + _qi */
619
#define QUAT_ADD(_qo, _qi) { \
620
(_qo).qi += (_qi).qi; \
621
(_qo).qx += (_qi).qx; \
622
(_qo).qy += (_qi).qy; \
623
(_qo).qz += (_qi).qz; \
624
}
625
626
/* _qo = [qi -qx -qy -qz] */
627
#define QUAT_INVERT(_qo, _qi) { \
628
(_qo).qi = (_qi).qi; \
629
(_qo).qx = -(_qi).qx; \
630
(_qo).qy = -(_qi).qy; \
631
(_qo).qz = -(_qi).qz; \
632
}
633
634
/* _vo=[ qx qy qz] */
635
#define QUAT_EXTRACT_Q(_vo, _qi) { \
636
(_vo).x=(_qi).qx; \
637
(_vo).y=(_qi).qy; \
638
(_vo).z=(_qi).qz; \
639
}
640
641
/* _qo = _qo / _s */
642
#define QUAT_SDIV(_qo, _qi, _s) { \
643
(_qo).qi = (_qi).qi / (_s); \
644
(_qo).qx = (_qi).qx / (_s); \
645
(_qo).qy = (_qi).qy / (_s); \
646
(_qo).qz = (_qi).qz / (_s); \
647
}
648
649
/* return = _qa * _qb */
650
#define QUAT_DOT_PRODUCT(_qa, _qb) ((_qa).qi * (_qb).qi + (_qa).qx * (_qb).qx + (_qa).qy * (_qb).qy + (_qa).qz * (_qb).qz)
651
652
//
653
//
654
// Rotation Matrices
655
//
656
//
657
658
659
/* accessor : row and col range from 0 to 2 */
660
#define RMAT_ELMT(_rm, _row, _col) MAT33_ELMT(_rm, _row, _col)
661
662
/* trace */
663
#define RMAT_TRACE(_rm) (RMAT_ELMT(_rm, 0, 0)+RMAT_ELMT(_rm, 1, 1)+RMAT_ELMT(_rm, 2, 2))
664
665
666
#define RMAT_DIFF(_c, _a, _b) { \
667
(_c).m[0] = (_a).m[0] - (_b).m[0]; \
668
(_c).m[1] = (_a).m[1] - (_b).m[1]; \
669
(_c).m[2] = (_a).m[2] - (_b).m[2]; \
670
(_c).m[3] = (_a).m[3] - (_b).m[3]; \
671
(_c).m[4] = (_a).m[4] - (_b).m[4]; \
672
(_c).m[5] = (_a).m[5] - (_b).m[5]; \
673
(_c).m[6] = (_a).m[6] - (_b).m[6]; \
674
(_c).m[7] = (_a).m[7] - (_b).m[7]; \
675
(_c).m[8] = (_a).m[8] - (_b).m[8]; \
676
}
677
678
/* multiply _vin by _rmat, store in _vout */
679
#define RMAT_VECT3_MUL(_vout, _rmat, _vin) { \
680
(_vout).x = RMAT_ELMT((_rmat), 0, 0) * (_vin).x + \
681
RMAT_ELMT((_rmat), 0, 1) * (_vin).y + \
682
RMAT_ELMT((_rmat), 0, 2) * (_vin).z; \
683
(_vout).y = RMAT_ELMT((_rmat), 1, 0) * (_vin).x + \
684
RMAT_ELMT((_rmat), 1, 1) * (_vin).y + \
685
RMAT_ELMT((_rmat), 1, 2) * (_vin).z; \
686
(_vout).z = RMAT_ELMT((_rmat), 2, 0) * (_vin).x + \
687
RMAT_ELMT((_rmat), 2, 1) * (_vin).y + \
688
RMAT_ELMT((_rmat), 2, 2) * (_vin).z; \
689
}
690
691
#define RMAT_VECT3_TRANSP_MUL(_vout, _rmat, _vin) { \
692
(_vout).x = RMAT_ELMT((_rmat), 0, 0) * (_vin).x + \
693
RMAT_ELMT((_rmat), 1, 0) * (_vin).y + \
694
RMAT_ELMT((_rmat), 2, 0) * (_vin).z; \
695
(_vout).y = RMAT_ELMT((_rmat), 0, 1) * (_vin).x + \
696
RMAT_ELMT((_rmat), 1, 1) * (_vin).y + \
697
RMAT_ELMT((_rmat), 2, 1) * (_vin).z; \
698
(_vout).z = RMAT_ELMT((_rmat), 0, 2) * (_vin).x + \
699
RMAT_ELMT((_rmat), 1, 2) * (_vin).y + \
700
RMAT_ELMT((_rmat), 2, 2) * (_vin).z; \
701
}
702
703
704
#define RMAT_COPY(_o, _i) { memcpy(&(_o), &(_i), sizeof(_o));}
705
706
707
708
709
#define EULERS_FLOAT_OF_BFP(_ef, _ei) { \
710
(_ef).phi = ANGLE_FLOAT_OF_BFP((_ei).phi); \
711
(_ef).theta = ANGLE_FLOAT_OF_BFP((_ei).theta); \
712
(_ef).psi = ANGLE_FLOAT_OF_BFP((_ei).psi); \
713
}
714
715
#define EULERS_BFP_OF_REAL(_ei, _ef) { \
716
(_ei).phi = ANGLE_BFP_OF_REAL((_ef).phi); \
717
(_ei).theta = ANGLE_BFP_OF_REAL((_ef).theta); \
718
(_ei).psi = ANGLE_BFP_OF_REAL((_ef).psi); \
719
}
720
721
#define RMAT_BFP_OF_REAL(_ei, _ef) { \
722
(_ei).m[0] = TRIG_BFP_OF_REAL((_ef).m[0]); \
723
(_ei).m[1] = TRIG_BFP_OF_REAL((_ef).m[1]); \
724
(_ei).m[2] = TRIG_BFP_OF_REAL((_ef).m[2]); \
725
(_ei).m[3] = TRIG_BFP_OF_REAL((_ef).m[3]); \
726
(_ei).m[4] = TRIG_BFP_OF_REAL((_ef).m[4]); \
727
(_ei).m[5] = TRIG_BFP_OF_REAL((_ef).m[5]); \
728
(_ei).m[6] = TRIG_BFP_OF_REAL((_ef).m[6]); \
729
(_ei).m[7] = TRIG_BFP_OF_REAL((_ef).m[7]); \
730
(_ei).m[8] = TRIG_BFP_OF_REAL((_ef).m[8]); \
731
}
732
733
#define RMAT_FLOAT_OF_BFP(_ef, _ei) { \
734
(_ef).m[0] = TRIG_FLOAT_OF_BFP((_ei).m[0]); \
735
(_ef).m[1] = TRIG_FLOAT_OF_BFP((_ei).m[1]); \
736
(_ef).m[2] = TRIG_FLOAT_OF_BFP((_ei).m[2]); \
737
(_ef).m[3] = TRIG_FLOAT_OF_BFP((_ei).m[3]); \
738
(_ef).m[4] = TRIG_FLOAT_OF_BFP((_ei).m[4]); \
739
(_ef).m[5] = TRIG_FLOAT_OF_BFP((_ei).m[5]); \
740
(_ef).m[6] = TRIG_FLOAT_OF_BFP((_ei).m[6]); \
741
(_ef).m[7] = TRIG_FLOAT_OF_BFP((_ei).m[7]); \
742
(_ef).m[8] = TRIG_FLOAT_OF_BFP((_ei).m[8]); \
743
}
744
745
#define QUAT_FLOAT_OF_BFP(_qf, _qi) { \
746
(_qf).qi = QUAT1_FLOAT_OF_BFP((_qi).qi); \
747
(_qf).qx = QUAT1_FLOAT_OF_BFP((_qi).qx); \
748
(_qf).qy = QUAT1_FLOAT_OF_BFP((_qi).qy); \
749
(_qf).qz = QUAT1_FLOAT_OF_BFP((_qi).qz); \
750
}
751
752
#define QUAT_BFP_OF_REAL(_qi, _qf) { \
753
(_qi).qi = QUAT1_BFP_OF_REAL((_qf).qi); \
754
(_qi).qx = QUAT1_BFP_OF_REAL((_qf).qx); \
755
(_qi).qy = QUAT1_BFP_OF_REAL((_qf).qy); \
756
(_qi).qz = QUAT1_BFP_OF_REAL((_qf).qz); \
757
}
758
759
#define RATES_FLOAT_OF_BFP(_rf, _ri) { \
760
(_rf).p = RATE_FLOAT_OF_BFP((_ri).p); \
761
(_rf).q = RATE_FLOAT_OF_BFP((_ri).q); \
762
(_rf).r = RATE_FLOAT_OF_BFP((_ri).r); \
763
}
764
765
#define RATES_BFP_OF_REAL(_ri, _rf) { \
766
(_ri).p = RATE_BFP_OF_REAL((_rf).p); \
767
(_ri).q = RATE_BFP_OF_REAL((_rf).q); \
768
(_ri).r = RATE_BFP_OF_REAL((_rf).r); \
769
}
770
771
#define POSITIONS_FLOAT_OF_BFP(_ef, _ei) { \
772
(_ef).x = POS_FLOAT_OF_BFP((_ei).x); \
773
(_ef).y = POS_FLOAT_OF_BFP((_ei).y); \
774
(_ef).z = POS_FLOAT_OF_BFP((_ei).z); \
775
}
776
777
#define POSITIONS_BFP_OF_REAL(_ef, _ei) { \
778
(_ef).x = POS_BFP_OF_REAL((_ei).x); \
779
(_ef).y = POS_BFP_OF_REAL((_ei).y); \
780
(_ef).z = POS_BFP_OF_REAL((_ei).z); \
781
}
782
783
#define SPEEDS_FLOAT_OF_BFP(_ef, _ei) { \
784
(_ef).x = SPEED_FLOAT_OF_BFP((_ei).x); \
785
(_ef).y = SPEED_FLOAT_OF_BFP((_ei).y); \
786
(_ef).z = SPEED_FLOAT_OF_BFP((_ei).z); \
787
}
788
789
#define SPEEDS_BFP_OF_REAL(_ef, _ei) { \
790
(_ef).x = SPEED_BFP_OF_REAL((_ei).x); \
791
(_ef).y = SPEED_BFP_OF_REAL((_ei).y); \
792
(_ef).z = SPEED_BFP_OF_REAL((_ei).z); \
793
}
794
795
#define ACCELS_FLOAT_OF_BFP(_ef, _ei) { \
796
(_ef).x = ACCEL_FLOAT_OF_BFP((_ei).x); \
797
(_ef).y = ACCEL_FLOAT_OF_BFP((_ei).y); \
798
(_ef).z = ACCEL_FLOAT_OF_BFP((_ei).z); \
799
}
800
801
#define ACCELS_BFP_OF_REAL(_ef, _ei) { \
802
(_ef).x = ACCEL_BFP_OF_REAL((_ei).x); \
803
(_ef).y = ACCEL_BFP_OF_REAL((_ei).y); \
804
(_ef).z = ACCEL_BFP_OF_REAL((_ei).z); \
805
}
806
807
#define MAGS_FLOAT_OF_BFP(_ef, _ei) { \
808
(_ef).x = MAG_FLOAT_OF_BFP((_ei).x); \
809
(_ef).y = MAG_FLOAT_OF_BFP((_ei).y); \
810
(_ef).z = MAG_FLOAT_OF_BFP((_ei).z); \
811
}
812
813
#define MAGS_BFP_OF_REAL(_ef, _ei) { \
814
(_ef).x = MAG_BFP_OF_REAL((_ei).x); \
815
(_ef).y = MAG_BFP_OF_REAL((_ei).y); \
816
(_ef).z = MAG_BFP_OF_REAL((_ei).z); \
817
}
818
819
#ifdef __cplusplus
820
}
/* extern "C" */
821
#endif
822
823
#endif
/* PPRZ_ALGEBRA_H */
std.h
sw
airborne
math
pprz_algebra.h
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