1 | /************************************ |
---|
2 | Extended Kalman Filter |
---|
3 | Matrix operations |
---|
4 | |
---|
5 | V. Smidl, Z. Peroutka |
---|
6 | |
---|
7 | Rev. 28.10.2010 (ZP) |
---|
8 | |
---|
9 | 26.10.2010 Prvni verze (VS) |
---|
10 | |
---|
11 | 26.10.2010 Upravena chyba v Thorton_fast - spatne shiftovani o vypoctu SIGMA. |
---|
12 | 27.10.2010 Pokus o odstraneni problemu v Thorton_fast - potize dela omezovani (orezavani) varianci. |
---|
13 | 28.10.2010 Drobne upravy v kodu. |
---|
14 | |
---|
15 | *************************************/ |
---|
16 | |
---|
17 | #include <stdio.h> |
---|
18 | #include "matrix.h" |
---|
19 | |
---|
20 | #define deb(x) printf(" %s %ld \n",#x, x) |
---|
21 | |
---|
22 | /* Matrix multiply Full matrix by upper diagonal matrix; */ |
---|
23 | void mmultAU(int *m1, int *up, int *result, unsigned int rows, unsigned int columns) |
---|
24 | { |
---|
25 | unsigned int i, j, k; |
---|
26 | long tmp_sum=0L; //in 15+qAU |
---|
27 | int *m2pom; |
---|
28 | int *m1pom=m1; |
---|
29 | int *respom=result; |
---|
30 | |
---|
31 | for (i=0; i<rows; i++) //rows of result |
---|
32 | { |
---|
33 | for (j=0; j<columns; j++) //columns of result |
---|
34 | { |
---|
35 | m2pom=up+j;//?? |
---|
36 | |
---|
37 | for (k=0; k<j; k++) //inner loop up to "j" - U(j,j)==1; |
---|
38 | { |
---|
39 | tmp_sum = tmp_sum + (((long)(*(m1pom++))**m2pom)>>(15-qAU)); |
---|
40 | m2pom+=columns; |
---|
41 | } |
---|
42 | // add the missing A(i,j) |
---|
43 | tmp_sum = tmp_sum + ((long)(*m1pom)<<qAU); // no need to shift |
---|
44 | m1pom-=(j); // shift back to first element |
---|
45 | |
---|
46 | *respom++=(tmp_sum>>15); |
---|
47 | |
---|
48 | tmp_sum=0; |
---|
49 | } |
---|
50 | m1pom+=(columns); |
---|
51 | } |
---|
52 | }; |
---|
53 | |
---|
54 | |
---|
55 | void bierman_fast(int *difz, int *xp, int *U, int *D, int *R, unsigned int dimy, unsigned int dimx ) |
---|
56 | { |
---|
57 | int alpha; |
---|
58 | int beta,lambda; |
---|
59 | int b[5]; // ok even for 4-dim state |
---|
60 | int *a; // in [0,1] -> q15 |
---|
61 | unsigned int iy,j,i; |
---|
62 | |
---|
63 | int *b_j,*b_i; |
---|
64 | int *a_j; |
---|
65 | int *D_j; |
---|
66 | int *U_ij; |
---|
67 | int *x_i; |
---|
68 | |
---|
69 | a = U; // iyth row of U |
---|
70 | for (iy=0; iy<dimy; iy++) |
---|
71 | { |
---|
72 | // a is a row |
---|
73 | a_j=a; |
---|
74 | b_j=b; |
---|
75 | D_j=D; |
---|
76 | |
---|
77 | for (j=0; j<dimx; j++) |
---|
78 | { |
---|
79 | *b_j=((long)(*D_j)*(*a_j))>>15; |
---|
80 | // deb(*b_j); |
---|
81 | b_j++; |
---|
82 | D_j++; |
---|
83 | a_j++; |
---|
84 | } |
---|
85 | |
---|
86 | alpha = R[iy]; //\alpha = R+vDv = R+a*b |
---|
87 | // R in q15, a in q15, b=q15 |
---|
88 | |
---|
89 | a_j=a; |
---|
90 | b_j=b; |
---|
91 | D_j=D; |
---|
92 | |
---|
93 | for (j=0; j<dimx; j++) |
---|
94 | { |
---|
95 | lambda=alpha; |
---|
96 | alpha = alpha + (((long)(*a_j)*(*b_j))>>15); |
---|
97 | |
---|
98 | // deb(alpha); |
---|
99 | |
---|
100 | *D_j = ((long)lambda**D_j)/alpha; |
---|
101 | |
---|
102 | if (*D_j==0) *D_j=1; |
---|
103 | |
---|
104 | b_i=b; |
---|
105 | U_ij=U+j; |
---|
106 | |
---|
107 | for (i=0; i<j; i++) |
---|
108 | { |
---|
109 | beta = *U_ij; |
---|
110 | // *U_ij += ((long)lambda*(*b_i))>>15; // puvodni reseni |
---|
111 | *U_ij = *U_ij - ((long)(*a_j)*(*b_i))/lambda; // pozadovane optimalni reseni |
---|
112 | *b_i = *b_i + (((long)beta*(*b_j))>>15); |
---|
113 | |
---|
114 | // deb(*U_ij); |
---|
115 | |
---|
116 | b_i++; |
---|
117 | U_ij=U_ij+dimx; |
---|
118 | } |
---|
119 | |
---|
120 | a_j++; |
---|
121 | b_j++; |
---|
122 | D_j++; |
---|
123 | } |
---|
124 | |
---|
125 | x_i=xp; |
---|
126 | b_i=b; |
---|
127 | |
---|
128 | for (i=0; i<dimx; i++) |
---|
129 | { |
---|
130 | *x_i = *x_i + ((long)difz[iy]**b_i)/alpha; // multiply by unscaled Kalman gain |
---|
131 | |
---|
132 | // deb(*x_i); |
---|
133 | |
---|
134 | x_i++; |
---|
135 | b_i++; |
---|
136 | } |
---|
137 | |
---|
138 | a=a+dimx; |
---|
139 | } |
---|
140 | } |
---|
141 | |
---|
142 | /**/ |
---|
143 | |
---|
144 | // Thorton procedure - Kalman predictive variance in UD |
---|
145 | void thorton_fast(int *U, int *D, int *PSIU, int *Q, int *G, int *Dold, unsigned int rows) { |
---|
146 | unsigned int i,j,k; |
---|
147 | // copy D to Dold |
---|
148 | int *Dold_i,*Dold_k; |
---|
149 | int *D_i; |
---|
150 | int *PSIU_ij,*PSIU_ik,*PSIU_jk; |
---|
151 | int *Q_jj,*Q_ii,*Q_kk; |
---|
152 | int *U_ji; |
---|
153 | int *G_ik,*G_jk; |
---|
154 | int irows,jrows; |
---|
155 | long sigma; // in qAU+15!! |
---|
156 | long z; |
---|
157 | long z_tmp; |
---|
158 | |
---|
159 | Dold_i=Dold; |
---|
160 | D_i=D; |
---|
161 | |
---|
162 | for (i=0;i<rows;i++) |
---|
163 | { |
---|
164 | *Dold_i=*D_i; |
---|
165 | Dold_i++; |
---|
166 | D_i++; |
---|
167 | } |
---|
168 | |
---|
169 | // initialize G = eye() |
---|
170 | G_ik= G; |
---|
171 | *G_ik++=32767; |
---|
172 | for (i=0;i<rows-1;i++) |
---|
173 | { |
---|
174 | // clean elem before diag |
---|
175 | for (k=0; k<rows; k++) |
---|
176 | { |
---|
177 | *G_ik++=0; |
---|
178 | } |
---|
179 | *G_ik++=32767; |
---|
180 | } |
---|
181 | // eye created |
---|
182 | |
---|
183 | Dold_i=Dold+rows-1; |
---|
184 | D_i=D+rows-1; |
---|
185 | |
---|
186 | for (i=rows-1; 1; i--) |
---|
187 | { // stop if i==0 at the END! |
---|
188 | irows=i*rows; |
---|
189 | sigma = 0; |
---|
190 | |
---|
191 | PSIU_ik=PSIU+irows; |
---|
192 | Dold_k=Dold; |
---|
193 | |
---|
194 | for (k=0;k<rows; k++) |
---|
195 | { |
---|
196 | sigma = sigma + (((long)(*PSIU_ik)**PSIU_ik)>>(qAU))*(*Dold_k); |
---|
197 | // deb(sigma); |
---|
198 | |
---|
199 | PSIU_ik++; |
---|
200 | Dold_k++; |
---|
201 | } |
---|
202 | |
---|
203 | sigma += (long)*(Q+i+irows)<<qAU; |
---|
204 | |
---|
205 | G_ik=G+irows+i+1; |
---|
206 | |
---|
207 | for (j=i+1; j<rows; j++) |
---|
208 | { |
---|
209 | sigma = sigma + (((long)(*G_ik)**G_ik)>>16)**(Q+j+j*rows); |
---|
210 | G_ik++; |
---|
211 | } |
---|
212 | |
---|
213 | if (sigma>((long)1<<(qAU+15))) |
---|
214 | { |
---|
215 | *D_i = 32767; |
---|
216 | // *(Dold+i)-=*(Q+i+irows); |
---|
217 | } else |
---|
218 | { |
---|
219 | *D_i=(sigma>>qAU); |
---|
220 | } |
---|
221 | |
---|
222 | if (*D_i==0) *D_i=1; |
---|
223 | |
---|
224 | for (j=0;j<i;j++) |
---|
225 | { |
---|
226 | jrows = j*rows; |
---|
227 | |
---|
228 | sigma =0; |
---|
229 | PSIU_ik=PSIU+irows; |
---|
230 | PSIU_jk=PSIU+jrows; |
---|
231 | Dold_k=Dold; |
---|
232 | |
---|
233 | for (k=0;k<rows; k++) |
---|
234 | { |
---|
235 | |
---|
236 | sigma = sigma + ((((long)(*PSIU_ik)**PSIU_jk)>>qAU)**Dold_k); |
---|
237 | PSIU_ik++; |
---|
238 | PSIU_jk++; |
---|
239 | Dold_k++; |
---|
240 | } |
---|
241 | |
---|
242 | G_ik=G+irows+i; |
---|
243 | G_jk=G+jrows+i; |
---|
244 | Q_kk=Q+i*rows+i; |
---|
245 | |
---|
246 | for (k=i;k<rows;k++) |
---|
247 | { |
---|
248 | sigma = sigma + ((((long)*G_ik)**G_jk)>>16)**Q_kk; |
---|
249 | G_ik++; |
---|
250 | G_jk++; |
---|
251 | Q_kk=Q_kk+rows+1; |
---|
252 | } |
---|
253 | |
---|
254 | z=((sigma/(*D_i))<<(15-qAU)); // shift to q15 |
---|
255 | if (z>32767) z=32767; |
---|
256 | if (z<-32768) z=-32768; |
---|
257 | |
---|
258 | U_ji=U+jrows+i; |
---|
259 | *U_ji = z; |
---|
260 | |
---|
261 | |
---|
262 | PSIU_ik=PSIU+irows; |
---|
263 | PSIU_jk=PSIU+jrows; |
---|
264 | |
---|
265 | for (k=0; k<rows;k++) |
---|
266 | { |
---|
267 | *PSIU_jk = *PSIU_jk - (((long)*U_ji**PSIU_ik)>>15); |
---|
268 | |
---|
269 | // deb(*PSIU_jk); |
---|
270 | |
---|
271 | PSIU_ik++; |
---|
272 | PSIU_jk++; |
---|
273 | } |
---|
274 | |
---|
275 | G_jk=G+jrows; |
---|
276 | G_ik=G+irows; |
---|
277 | |
---|
278 | for (k=0;k<rows;k++) |
---|
279 | { |
---|
280 | *G_jk = *G_jk - (((long)*U_ji**G_ik)>>15); |
---|
281 | // deb(*G_jk); |
---|
282 | |
---|
283 | G_jk++; |
---|
284 | G_ik++; |
---|
285 | } |
---|
286 | } |
---|
287 | |
---|
288 | Dold_i--; |
---|
289 | D_i--; |
---|
290 | if (i==0) return; |
---|
291 | } |
---|
292 | } |
---|