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ProcessNoise.hpp
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1// This file is part of INSTINCT, the INS Toolkit for Integrated
2// Navigation Concepts and Training by the Institute of Navigation of
3// the University of Stuttgart, Germany.
4//
5// This Source Code Form is subject to the terms of the Mozilla Public
6// License, v. 2.0. If a copy of the MPL was not distributed with this
7// file, You can obtain one at https://mozilla.org/MPL/2.0/.
8
13
14#pragma once
15
16#include <Eigen/Core>
17
18namespace NAV
19{
20
24Eigen::Matrix3d G_RandomWalk(const Eigen::Vector3d& sigma2);
25
30Eigen::Matrix3d G_GaussMarkov1(const Eigen::Vector3d& sigma2, const Eigen::Vector3d& beta);
31
36[[nodiscard]] Eigen::Vector3d psdBiasGaussMarkov(const Eigen::Vector3d& sigma2_bd, const Eigen::Vector3d& tau_bd);
37
44[[nodiscard]] Eigen::Matrix3d Q_psi_psi(const Eigen::Vector3d& S_rg, const Eigen::Vector3d& S_bgd, const double& tau_s);
45
53[[nodiscard]] Eigen::Matrix3d ien_Q_dv_psi(const Eigen::Vector3d& S_rg, const Eigen::Vector3d& S_bgd, const Eigen::Matrix3d& ien_F_21, const double& tau_s);
54
64[[nodiscard]] Eigen::Matrix3d ien_Q_dv_dv(const Eigen::Vector3d& S_ra, const Eigen::Vector3d& S_bad, const Eigen::Vector3d& S_rg, const Eigen::Vector3d& S_bgd, const Eigen::Matrix3d& ien_F_21, const double& tau_s);
65
73[[nodiscard]] Eigen::Matrix3d ien_Q_dv_domega(const Eigen::Vector3d& S_bgd, const Eigen::Matrix3d& ien_F_21, const Eigen::Matrix3d& ien_Dcm_b, const double& tau_s);
74
83[[nodiscard]] Eigen::Matrix3d n_Q_dr_psi(const Eigen::Vector3d& S_rg, const Eigen::Vector3d& S_bgd, const Eigen::Matrix3d& n_F_21, const Eigen::Matrix3d& T_rn_p, const double& tau_s);
84
92[[nodiscard]] Eigen::Matrix3d ie_Q_dr_psi(const Eigen::Vector3d& S_rg, const Eigen::Vector3d& S_bgd, const Eigen::Matrix3d& ie_F_21, const double& tau_s);
93
104[[nodiscard]] Eigen::Matrix3d n_Q_dr_dv(const Eigen::Vector3d& S_ra, const Eigen::Vector3d& S_bad, const Eigen::Vector3d& S_rg, const Eigen::Vector3d& S_bgd, const Eigen::Matrix3d& n_F_21, const Eigen::Matrix3d& T_rn_p, const double& tau_s);
105
115[[nodiscard]] Eigen::Matrix3d ie_Q_dr_dv(const Eigen::Vector3d& S_ra, const Eigen::Vector3d& S_bad, const Eigen::Vector3d& S_rg, const Eigen::Vector3d& S_bgd, const Eigen::Matrix3d& ie_F_21, const double& tau_s);
116
127[[nodiscard]] Eigen::Matrix3d n_Q_dr_dr(const Eigen::Vector3d& S_ra, const Eigen::Vector3d& S_bad, const Eigen::Vector3d& S_rg, const Eigen::Vector3d& S_bgd, const Eigen::Matrix3d& n_F_21, const Eigen::Matrix3d& T_rn_p, const double& tau_s);
128
138[[nodiscard]] Eigen::Matrix3d ie_Q_dr_dr(const Eigen::Vector3d& S_ra, const Eigen::Vector3d& S_bad, const Eigen::Vector3d& S_rg, const Eigen::Vector3d& S_bgd, const Eigen::Matrix3d& ie_F_21, const double& tau_s);
139
147[[nodiscard]] Eigen::Matrix3d n_Q_dr_df(const Eigen::Vector3d& S_bad, const Eigen::Matrix3d& T_rn_p, const Eigen::Matrix3d& n_Dcm_b, const double& tau_s);
148
155[[nodiscard]] Eigen::Matrix3d ie_Q_dr_df(const Eigen::Vector3d& S_bad, const Eigen::Matrix3d& ie_Dcm_b, const double& tau_s);
156
165[[nodiscard]] Eigen::Matrix3d n_Q_dr_domega(const Eigen::Vector3d& S_bgd, const Eigen::Matrix3d& n_F_21, const Eigen::Matrix3d& T_rn_p, const Eigen::Matrix3d& n_Dcm_b, const double& tau_s);
166
174[[nodiscard]] Eigen::Matrix3d ie_Q_dr_domega(const Eigen::Vector3d& S_bgd, const Eigen::Matrix3d& ie_F_21, const Eigen::Matrix3d& ie_Dcm_b, const double& tau_s);
175
182[[nodiscard]] Eigen::Matrix3d Q_df_dv(const Eigen::Vector3d& S_bad, const Eigen::Matrix3d& b_Dcm_ien, const double& tau_s);
183
189[[nodiscard]] Eigen::Matrix3d Q_df_df(const Eigen::Vector3d& S_bad, const double& tau_s);
190
197[[nodiscard]] Eigen::Matrix3d Q_domega_psi(const Eigen::Vector3d& S_bgd, const Eigen::Matrix3d& b_Dcm_ien, const double& tau_s);
198
204[[nodiscard]] Eigen::Matrix3d Q_domega_domega(const Eigen::Vector3d& S_bgd, const double& tau_s);
205
211[[nodiscard]] Eigen::Matrix2d Q_gnss(const double& S_cPhi, const double& S_cf, const double& tau_s);
212
213} // namespace NAV
NAV::ie_Q_dr_domega
Eigen::Matrix3d ie_Q_dr_domega(const Eigen::Vector3d &S_bgd, const Eigen::Matrix3d &ie_F_21, const Eigen::Matrix3d &ie_Dcm_b, const double &tau_s)
Submatrix 𝐐_35 of the system noise covariance matrix 𝐐
NAV::G_GaussMarkov1
Eigen::Matrix3d G_GaussMarkov1(const Eigen::Vector3d &sigma2, const Eigen::Vector3d &beta)
Submatrix 𝐆_a of the noise input matrix 𝐆
NAV::ie_Q_dr_df
Eigen::Matrix3d ie_Q_dr_df(const Eigen::Vector3d &S_bad, const Eigen::Matrix3d &ie_Dcm_b, const double &tau_s)
Submatrix 𝐐_34 of the system noise covariance matrix 𝐐
NAV::Q_domega_psi
Eigen::Matrix3d Q_domega_psi(const Eigen::Vector3d &S_bgd, const Eigen::Matrix3d &b_Dcm_ien, const double &tau_s)
Submatrix 𝐐_51 of the system noise covariance matrix 𝐐
NAV::Q_df_df
Eigen::Matrix3d Q_df_df(const Eigen::Vector3d &S_bad, const double &tau_s)
Submatrix 𝐐_44 of the system noise covariance matrix 𝐐
NAV::ien_Q_dv_dv
Eigen::Matrix3d ien_Q_dv_dv(const Eigen::Vector3d &S_ra, const Eigen::Vector3d &S_bad, const Eigen::Vector3d &S_rg, const Eigen::Vector3d &S_bgd, const Eigen::Matrix3d &ien_F_21, const double &tau_s)
Submatrix 𝐐_22 of the system noise covariance matrix 𝐐
NAV::ie_Q_dr_psi
Eigen::Matrix3d ie_Q_dr_psi(const Eigen::Vector3d &S_rg, const Eigen::Vector3d &S_bgd, const Eigen::Matrix3d &ie_F_21, const double &tau_s)
Submatrix 𝐐_31 of the system noise covariance matrix 𝐐
NAV::G_RandomWalk
Eigen::Matrix3d G_RandomWalk(const Eigen::Vector3d &sigma2)
Random walk noise input matrix 𝐆
NAV::n_Q_dr_dv
Eigen::Matrix3d n_Q_dr_dv(const Eigen::Vector3d &S_ra, const Eigen::Vector3d &S_bad, const Eigen::Vector3d &S_rg, const Eigen::Vector3d &S_bgd, const Eigen::Matrix3d &n_F_21, const Eigen::Matrix3d &T_rn_p, const double &tau_s)
Submatrix 𝐐_32 of the system noise covariance matrix 𝐐
NAV::Q_df_dv
Eigen::Matrix3d Q_df_dv(const Eigen::Vector3d &S_bad, const Eigen::Matrix3d &b_Dcm_ien, const double &tau_s)
Submatrix 𝐐_42 of the system noise covariance matrix 𝐐
NAV::Q_psi_psi
Eigen::Matrix3d Q_psi_psi(const Eigen::Vector3d &S_rg, const Eigen::Vector3d &S_bgd, const double &tau_s)
Submatrix 𝐐_11 of the system noise covariance matrix 𝐐
NAV::n_Q_dr_df
Eigen::Matrix3d n_Q_dr_df(const Eigen::Vector3d &S_bad, const Eigen::Matrix3d &T_rn_p, const Eigen::Matrix3d &n_Dcm_b, const double &tau_s)
Submatrix 𝐐_34 of the system noise covariance matrix 𝐐
NAV::psdBiasGaussMarkov
Eigen::Vector3d psdBiasGaussMarkov(const Eigen::Vector3d &sigma2_bd, const Eigen::Vector3d &tau_bd)
u_bias Power Spectral Density of the bias for a Gauss-Markov random process
NAV::Q_domega_domega
Eigen::Matrix3d Q_domega_domega(const Eigen::Vector3d &S_bgd, const double &tau_s)
Submatrix 𝐐_55 of the system noise covariance matrix 𝐐
NAV::n_Q_dr_psi
Eigen::Matrix3d n_Q_dr_psi(const Eigen::Vector3d &S_rg, const Eigen::Vector3d &S_bgd, const Eigen::Matrix3d &n_F_21, const Eigen::Matrix3d &T_rn_p, const double &tau_s)
Submatrix 𝐐_31 of the system noise covariance matrix 𝐐
NAV::Q_gnss
Eigen::Matrix2d Q_gnss(const double &S_cPhi, const double &S_cf, const double &tau_s)
Submatrix 𝐐_66 of the system noise covariance matrix 𝐐
NAV::ie_Q_dr_dv
Eigen::Matrix3d ie_Q_dr_dv(const Eigen::Vector3d &S_ra, const Eigen::Vector3d &S_bad, const Eigen::Vector3d &S_rg, const Eigen::Vector3d &S_bgd, const Eigen::Matrix3d &ie_F_21, const double &tau_s)
Submatrix 𝐐_32 of the system noise covariance matrix 𝐐
NAV::n_Q_dr_domega
Eigen::Matrix3d n_Q_dr_domega(const Eigen::Vector3d &S_bgd, const Eigen::Matrix3d &n_F_21, const Eigen::Matrix3d &T_rn_p, const Eigen::Matrix3d &n_Dcm_b, const double &tau_s)
Submatrix 𝐐_35 of the system noise covariance matrix 𝐐
NAV::ien_Q_dv_psi
Eigen::Matrix3d ien_Q_dv_psi(const Eigen::Vector3d &S_rg, const Eigen::Vector3d &S_bgd, const Eigen::Matrix3d &ien_F_21, const double &tau_s)
Submatrix 𝐐_21 of the system noise covariance matrix 𝐐
NAV::ie_Q_dr_dr
Eigen::Matrix3d ie_Q_dr_dr(const Eigen::Vector3d &S_ra, const Eigen::Vector3d &S_bad, const Eigen::Vector3d &S_rg, const Eigen::Vector3d &S_bgd, const Eigen::Matrix3d &ie_F_21, const double &tau_s)
Submatrix 𝐐_33 of the system noise covariance matrix 𝐐
NAV::n_Q_dr_dr
Eigen::Matrix3d n_Q_dr_dr(const Eigen::Vector3d &S_ra, const Eigen::Vector3d &S_bad, const Eigen::Vector3d &S_rg, const Eigen::Vector3d &S_bgd, const Eigen::Matrix3d &n_F_21, const Eigen::Matrix3d &T_rn_p, const double &tau_s)
Submatrix 𝐐_33 of the system noise covariance matrix 𝐐
NAV::ien_Q_dv_domega
Eigen::Matrix3d ien_Q_dv_domega(const Eigen::Vector3d &S_bgd, const Eigen::Matrix3d &ien_F_21, const Eigen::Matrix3d &ien_Dcm_b, const double &tau_s)
Submatrix 𝐐_25 of the system noise covariance matrix 𝐐