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/******************** (C) COPYRIGHT 2021 Geek************************************
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* File Name : pdr_base.h
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* Department : Sensor Algorithm Team
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* Current Version : V2.0
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* Author : yuanlin@vivocom &
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* Date of Issued : 2021.02.01
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* Comments : PDR 算法基本定义头文件
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#ifndef _PDR_BASE_H_
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#define _PDR_BASE_H_
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/* Header File Including -----------------------------------------------------*/
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#include "stdint.h"
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#include "pdr_sensor.h"
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/* PDR SYS CFG ---------------------------------------------------------------*/
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#define PDR_OUTPUT_SMOOTH 0 // 是否开启轨迹平滑
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/* Macro Definition ----------------------------------------------------------*/
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#define PCA_NUM 200
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#define ACCURACY_ERR_MAX 1000 // GPS的accuracy最大值,一般用于初始化用
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#define N 4 // 矩阵维数
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#define OPEN_SKY 1
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#define MAX_NO_GPS_PREDICT 10 // 无GPS信息状态，最大位置推算数量
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#define UN_UPDATE 0 // 非更新状态
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#define DATA_UPDATE 1 // 数据更新
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#define ON 1
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#define OFF 0
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#define PDR_TRUE 1
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#define PDR_FALSE 0
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#define TYPE_FIX_NONE 0 // PDR修正结果为不输出
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#define TYPE_FIX_GPS 2 // PDR修正结果为输出原始GPS
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#define TYPE_FIX_PDR 1 // PDR修正结果为PDR融合
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// PDR携带方式
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#define UNKNOWN 0
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#define FORWARD_UP_RIGHT 1 // 臂包：右臂，头朝上，屏朝外；or左臂，头朝上，屏朝内
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#define BACKWARD_UP_LEFT 2 // 臂包：左臂，头朝上，屏朝外；or右臂，头朝上，屏朝内
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#define BACKWARD_DOWN_RIGHT 3 // 臂包：右臂，头朝下，屏朝外；or左臂，头朝下，屏朝内
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#define FORWARD_DOWN_LEFT 4 // 臂包：左臂，头朝下，屏朝外；or右臂，头朝下，屏朝内
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#define LEFT_UP_FORWARD 5 // 裤兜：头朝上，屏朝前
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#define RIGHT_UP_BACKWARD 6 // 裤兜：头朝上，屏朝后
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#define RIGHT_DOWN_FORWARD 7 // 裤兜：头朝下，屏朝前
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#define LEFT_DOWN_BACKWARD 8 // 裤兜：头朝下，屏朝后
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// PDR相关状态
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#define PDR_NO_ERROR 0
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#define PDR_OUT_OF_MEMORY 1
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#define PDR_MOTION_TYPE_STATIC 0
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#define PDR_MOTION_TYPE_IRREGULAR 1
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#define PDR_MOTION_TYPE_HANDHELD 2
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#define PDR_MOTION_TYPE_SWINGING 3
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#define PDR_STATUS_RESET 0x80
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#define PDR_STATUS_CACULATING_AXIS_CEOFFICIENT 0x40
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#define PDR_STATUS_PCA_STABLE 0x20
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#define PDR_STATUS_BIAS_STABLE 0x10
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#define PDR_STATUS_STABLE (PDR_STATUS_PCA_STABLE | PDR_STATUS_BIAS_STABLE)
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// 地球相关常数
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#define WGS84_RE 6378137 // WGS-84椭球体长半轴
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#define WGS84_ECCENTR2 6.69437999014e-3 // 第一偏向率的平方，e^2(WGS-84)
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#define WGS84_OMEGA_E_DOT 7.2921151467e-5 // 地球自转角速度 rad/sec
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#define WGS84_GRAVITY 9.7803267714 // 地球平均重力加速度 m/s^2
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#define DEG_PER_RADIAN 57.295779513082323 // degrees per radian
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#define RADIAN_PER_DEG 0.017453292519943 // radians per degree
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#define GPS_SPEED_UNIT 0.5144444 // GPS原始速度转m/s的缩放系数
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#define PI 3.1415926
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#define DOUBLE_ZERO 1e-10
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#define TWO_PI (2.0*PI)
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#define R2D(x) (x*57.2957795130823)
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#define D2R(x) (x*3.14159265/180.0)
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#define USE_BUG_FOR_LOCAL_PARA 1
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#define BUF_DMT_1 1
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#define BUF_DMT_2 2
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#define PRINT_ALGO_RUN_TIME 0
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#define PRINT_CLCT 1
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#define PATTERN_RECOGNITION_LEN 256 // 缓存256 / SAMPLE_RATE的数量
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#define OPEN_AREA 1 // 开阔区域(GPS信号较好)
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#define UN_OPEN_AREA 0 // 非开阔区域(GPS信号较弱)
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#define DETECTOR_RUN_FREQ 1280 // 用户运动类型检测器检测周期ms
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#define DETECTOR_TYPE_STATIC 0 // 用户静止
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#define DETECTOR_TYPE_IRREGULAR 1 // 无规律运动
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#define DETECTOR_TYPE_HANDHELD 2 // 手持运动
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#define DETECTOR_TYPE_SWINGING 3 // 摆手运动
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#define ulong unsigned long
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#define uchar unsigned char
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typedef enum {
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IS_INITIAL = 0,
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IS_NORMAL = 1,
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}pdrStatus;
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typedef struct {
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double xk[N]; // 状态变量Xk xk[0]: 北向x xk[1]：东向y xk[2]：步长 xk[3] ：航向角
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double p_xk[N]; // 最佳预测变量Xk_predict xk[0]: 北向x xk[1]：东向y xk[2]：步长 xk[3] ：航向角
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double zk[N];
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double p_pk[N][N];
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double pk[N][N];
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double phi[N][N];
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double hk[N][N];
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double q[N][N]; // 卡尔曼滤波的Q矩阵(过程噪声)
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double r[N][N]; // 卡尔曼滤波R矩阵(观测噪声)
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double Kk[N][N];
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double lambda;
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double plat;
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double plon;
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double initHeading;
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}KfPara;
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typedef struct{
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int fnum;
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int deltaStep;
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float fsum;
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float meanTime;
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double lastTime;
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}StepPredict;
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typedef struct PDR {
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uint32_t status; // PDR当前状态
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uint32_t motionType; // 用户运动类型
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uint32_t noGpsCount; // 没有GPS次数
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pdrStatus sysStatus; // PDR系统状态
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int sceneType; // 场景类型：1：开阔区域，0：非开阔区域(信号较弱)
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int fusionPdrFlg; // 融合PDR位置标志位, 当flg为0时纯输出GPS
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double pllaInit[3]; // 初始plla坐标
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double ts; // 时间戳
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double x0; // 初始北向坐标
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double y0; // 初始东向坐标
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// 航向角相关
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double heading; // PDR方向角
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double lastHeading; // 上一次PDR方向角
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double deltaHeading; // 偏航角变化量
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double insHeadingOffset; // 惯导方向角偏移
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double imuDeltaHeading; // 没间隔一次GPS信号，PDR变化的角度，用于区分转弯
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double gpsHeading; // GPS航向角
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double lastGpsHeading; // 上一次GPS航向角
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double trackHeading; // GPS轨迹航向角
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// 速度相关
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double gpsSpeed; // GPS速度
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// 步数相关
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ulong steps; // 当前步数信息
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ulong lastSteps; // 上一次的步数
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ulong lastGpsSteps; // 上一次GPS步数
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ulong deltaStepsPerGps; // 两次GPS更新之间，步数的变化量
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float motionFreq; // 运动频率
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double gyroTime; // 陀螺仪时间
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float axis_ceofficient[3];
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float axis_direction[2];
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float pca_direction[2];
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float pca_accuracy;
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float bias_direction[2];
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float bias_accuracy;
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float cal_direction[2];
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} PDR;
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typedef struct {
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int type;
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float accBuffer[PATTERN_RECOGNITION_LEN];
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}classifer;
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// 用户运动类型分类器
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typedef struct DETECTOR {
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uint32_t type; // 用户运动类别 ： 0:静止运动 1：无规律运动 2：手持运动 3：摆手运动
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uint32_t lastType;
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||
uint64_t tick; // 次数统计，用于调整检测器工作频率
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} DETECTOR;
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DETECTOR *pdr_getDetector(void);
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/* Function Declaration ------------------------------------------------------*/
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PDR* pdr_initBase(void);
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/**----------------------------------------------------------------------
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* Function : pdr_resetData
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* Description : 重置PDR变量
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* Date : 2020/7/21
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*
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*---------------------------------------------------------------------**/
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void pdr_resetData(void);
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/**----------------------------------------------------------------------
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* Function : pdr_computePCA
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* Description : 进入RESET_PHASE_1\STABLE阶段之后进行PCA计算
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* Date : 2020/7/21 logzhan
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*---------------------------------------------------------------------**/
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void pdr_computePCA(AHRS* ahrs);
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/**---------------------------------------------------------------------
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||
* Function : detectorUpdate
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* Description : 根据新确定的手机携带方式更新g_pdr.status等
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* Date : 2020/7/20 logzhan
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*---------------------------------------------------------------------**/
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void detectorUpdate(DETECTOR* detector);
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void gpsUpdateCb(gnss* gps);
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/**************************************************************************
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* Description : 计算每步所耗时间
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* Input : stepPredict， 步数预测结构体
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timestamp，时间戳
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||
steps_last，上一次步数
|
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steps，本次步数
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**************************************************************************/
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void calStepLastTime(StepPredict *stepPredict, double timestamp, unsigned long steps_last, unsigned long steps);
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||
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/**************************************************************************
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||
* Description : 预测步数
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||
* Input : stepPredict， 步数预测结构体
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||
timestamp，时间戳
|
||
steps_last，上一次步数
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||
gnssVel，gps速度
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||
* Output : int， 步数
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**************************************************************************/
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int predictStep(StepPredict *stepPredict, double timestamp, unsigned long steps_last, float gnssVel);
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||
/**----------------------------------------------------------------------
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||
* Function : stateRecognition
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||
* Description : 根据加速度及判断当前状态是否平稳 1: 不平稳 0: 平稳
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* Date : 2020/7/22 logzhan
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||
*---------------------------------------------------------------------**/
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||
void stateRecognition(float *acc, classifer *sys);
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||
|
||
/**************************************************************************
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||
* Description : 根据GPS角度、GPS轨迹角、PDR角度，计算用户行走方向
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||
* Input : g_pdr，PDR结构体
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sys，运动幅度数据结构体
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gps_yaw，GPS轨迹角
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G_yaw，GPS方向角
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||
ss_data， 传感器数据结构体
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||
* Output : double，用户行走方向
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||
**************************************************************************/
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double calPredAngle(PDR *g_pdr, classifer *sys, double gps_yaw, double G_yaw, imu *ss_data);
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||
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||
/**************************************************************************
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||
* Description : 根据GPS角度、GPS轨迹角、PDR角度，计算用户行走方向
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||
* Input : g_pdr，PDR结构体
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steps，本次步数
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steps_last，上一次步数
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||
stepPredict，步数预测结构体
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pdr_angle，用户行走方向
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scene_type，GPS用户所处场景（开阔和非开阔）
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ss_data， 传感器数据结构体
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||
pgnss，GPS数据结构体
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||
kf，EKF结构体
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||
pdr, PDR预测位置成功标志位
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**************************************************************************/
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void pdr_insPredict(PDR *g_pdr, StepPredict *stepPredict,imu *ss_data,
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gnss *pgnss, KfPara *kf);
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/**----------------------------------------------------------------------
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||
* Function : pdr_detStatic
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* Description : 检测用户是否处于静止状态
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* Date : 2021/01/28 logzhan
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*---------------------------------------------------------------------**/
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int pdr_detStatic(PDR *g_pdr, gnss *pgnss, unsigned long delSteps);
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/**----------------------------------------------------------------------
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* Function : pdr_outputGpsPos
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* Description : 输出GPS位置
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* Date : 2020/07/08 logzhan
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*---------------------------------------------------------------------**/
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void pdr_outputGpsPos(gnss *pgnss, lct_fs *result);
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/**----------------------------------------------------------------------
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||
* Function : resetOutputResult
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* Description : 1、初始化解算初始位置、卡尔曼滤波初始参数
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* 2、GPS值赋值给result
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||
* pgnss，GPS数据结构体
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||
* plla_init，待重置NED坐标系原点经纬度
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||
* x_init，y_init待重置NED坐标系原点的n和e坐标
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||
* kf， EKF数据结构体
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* Date : 2020/07/08 logzhan
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*---------------------------------------------------------------------**/
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int resetOutputResult(gnss *pgnss, PDR* g_pdr, KfPara *kf, lct_fs *result);
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||
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||
/**----------------------------------------------------------------------
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* Function : detIsCarMode
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||
* Description : 识别是否是车载模式
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* Input : pgnss，GPS数据结构体
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g_pdr，PDR结构体
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||
delSteps， 与上次相比步数的变化量
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||
time，计数器
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||
* Output : int，车载模式标志位
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* Date : 2021/01/28 logzhan
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||
*---------------------------------------------------------------------**/
|
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int detIsCarMode(gnss *pgnss, PDR *g_pdr, unsigned long delSteps, int *time);
|
||
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||
/**----------------------------------------------------------------------
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* Function : detPdrToReset
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||
* Description : 检测PDR系统是否需要重置，考虑到后续PDR推算失误，或者其他情况
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||
* 重置PDR到GPS的位置。
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* Date : 2021/01/28 logzhan
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||
*---------------------------------------------------------------------**/
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int detPdrToReset(double pdr_angle, int *gpscnt, unsigned long deltsteps, PDR *g_pdr);
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/**************************************************************************
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||
* Description : 初始化EKF滤波器
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||
* Input : pgnss，GPS数据结构体
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plla_init，NED坐标系原点经纬度
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||
kf， EKF数据结构体
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x_init，y_init，NED坐标系原点的n和e坐标
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||
sys_status，定位系统状态（未初始化和已初始化）
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* Output : int，初始化标志位
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result，定位结果结构体
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**************************************************************************/
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int pdr_initProc(gnss *pgnss, KfPara *kf, PDR* g_pdr, lct_fs *result);
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||
/**************************************************************************
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||
* Description : 设置EKF滤波器的Q和R
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||
* Input : scane_type, 用户所处场景（开阔和非开阔）
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nmea_data，NMEA数据结构体
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||
g_pdr，PDR结构体
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||
sys，运动幅度数据结构体
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||
kf，EKF数据结构体
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||
**************************************************************************/
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||
/**************************************************************************
|
||
* Description : 计算GPS轨迹角
|
||
* Input : gpsPos，GPS历史定位点在ECEF下的三维坐标
|
||
pgnss，GPS数据结构体
|
||
* Output : double，轨迹角
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||
**************************************************************************/
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||
double calGnssTrackHeading(double gpsPos[][3], gnss pgnss);
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#endif
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#pragma once
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