[發(fā)明專利]一種基于數(shù)據(jù)融合的頭部姿態(tài)識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910960904.1
• 申請日: 2019-10-11
• 公開（公告）號: CN110674888B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫文柱;曹建平;付戰(zhàn)平;孫忠云
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍海軍航空大學(xué)青島校區(qū)
• 主分類號: G06V40/16
• 分類號: G06V40/16;G06V10/80;G06K9/62;G01C1/00;G01C19/00;G01C11/04;G06F3/01
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務(wù)所(普通合伙) 41104
• 代理人: 常娟

本發(fā)明公開了一種基于數(shù)據(jù)融合的頭部姿態(tài)識別方法，先采集頭部轉(zhuǎn)動過程中精確頭部X軸轉(zhuǎn)動角度和精確頭部Y軸轉(zhuǎn)動角度，然后采集頭部轉(zhuǎn)動過程中Z軸轉(zhuǎn)動角度，Z軸轉(zhuǎn)動角度包括陀螺儀Z軸轉(zhuǎn)動角度和紅外特征點(diǎn)Z軸轉(zhuǎn)動角度、將陀螺儀Z軸轉(zhuǎn)動角度和紅外特征點(diǎn)Z軸轉(zhuǎn)動角度作為數(shù)據(jù)融合算法的輸入量，經(jīng)過數(shù)據(jù)融合獲取精確頭部Z軸轉(zhuǎn)動角度，最后輸出由精確頭部X軸轉(zhuǎn)動角度、精確頭部Y軸轉(zhuǎn)動角度和精確頭部Z軸轉(zhuǎn)動角度構(gòu)成的頭部姿態(tài)參數(shù)；本發(fā)明不僅測量成本低，且通過融合算法，能夠采用紅外掃描測量結(jié)果修正陀螺儀測量結(jié)果的漂移量，在保持這兩種測量方法原有的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上達(dá)到高精度測量的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及飛行系統(tǒng)仿真及空間定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于數(shù)據(jù)融合的頭部姿態(tài)識別方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)上大多配備頭盔瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，頭盔瞄準(zhǔn)系統(tǒng)可以使飛行員通過頭部轉(zhuǎn)動控制武器瞄準(zhǔn)和雷達(dá)掃描。在飛行員正式真機(jī)訓(xùn)練過程之前，必須在飛行模擬器中經(jīng)過嚴(yán)格的頭盔瞄準(zhǔn)訓(xùn)練，由于真機(jī)頭盔瞄準(zhǔn)系統(tǒng)功能復(fù)雜且成本很高，因此，在飛行模擬器中要想實現(xiàn)飛行員通過頭部轉(zhuǎn)動控制武器瞄準(zhǔn)和雷達(dá)掃描等功能，就需要開發(fā)一套低成本的頭盔瞄準(zhǔn)系統(tǒng)仿真裝置，其中，核心設(shè)備即為頭部轉(zhuǎn)動角度測量裝置。

目前，常用的頭部轉(zhuǎn)動角度測量裝置包括兩種，一種是采用陀螺儀測量姿態(tài)方式測量頭部轉(zhuǎn)動角度，一種是采用特征點(diǎn)識別方法測量頭部轉(zhuǎn)動角度。前者能夠測量頭部轉(zhuǎn)動角度，測量范圍大，但數(shù)據(jù)有漂移，且使用時間越長漂移越大；后者也能測量頭部轉(zhuǎn)動角度，測量結(jié)果精度高，但在只有一個紅外掃描儀的情況下可測量范圍較小。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于數(shù)據(jù)融合的頭部姿態(tài)識別方法，不僅測量成本低，且通過融合算法，能夠采用紅外掃描測量結(jié)果修正陀螺儀測量結(jié)果的漂移量，在保持這兩種測量方法原有的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上達(dá)到高精度測量的目的。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于數(shù)據(jù)融合的頭部姿態(tài)識別方法，包括以下步驟：

A、采集頭部轉(zhuǎn)動過程中精確頭部x軸轉(zhuǎn)動角度和精確頭部Y軸轉(zhuǎn)動角度；具體為：

a1：頭部轉(zhuǎn)動，傾角傳感器隨動；

a2：采用傾角傳感器采集精確頭部X軸轉(zhuǎn)動角度和精確頭部Y軸轉(zhuǎn)動角度；

B、采集頭部轉(zhuǎn)動過程中Z軸轉(zhuǎn)動角度，Z軸轉(zhuǎn)動角度包括陀螺儀Z軸轉(zhuǎn)動角度和紅外特征點(diǎn)Z軸轉(zhuǎn)動角度；陀螺儀Z軸轉(zhuǎn)動角度由陀螺儀采集獲取，紅外特征點(diǎn)Z軸轉(zhuǎn)動角度由紅外工業(yè)相機(jī)采集獲取；

C、將陀螺儀Z軸轉(zhuǎn)動角度和紅外特征點(diǎn)Z軸轉(zhuǎn)動角度作為數(shù)據(jù)融合算法的輸入量，經(jīng)過數(shù)據(jù)融合獲取精確頭部Z軸轉(zhuǎn)動角度；

D、輸出由精確頭部X軸轉(zhuǎn)動角度、精確頭部Y軸轉(zhuǎn)動角度和精確頭部Z軸轉(zhuǎn)動角度構(gòu)成的頭部姿態(tài)參數(shù)。

進(jìn)一步地，所述步驟B中陀螺儀Z軸轉(zhuǎn)動角度的獲取過程具體為：

b1.1：頭部轉(zhuǎn)動，陀螺儀隨動；

b1.2：陀螺儀測量頭部Z軸轉(zhuǎn)動角速度；

b1.3：頭部Z軸轉(zhuǎn)動角速度經(jīng)積分獲取陀螺儀Z軸轉(zhuǎn)動角度。

進(jìn)一步地，所述步驟B中紅外特征點(diǎn)Z軸轉(zhuǎn)動角度的獲取過程具體為：

b2.1：頭部轉(zhuǎn)動，紅外特征點(diǎn)隨動；

b2.2：紅外工業(yè)相機(jī)采集紅外特征點(diǎn)圖像；

b2.3：采用圖像處理算法解算紅外特征點(diǎn)圖像，獲取包括紅外特征點(diǎn)Z軸轉(zhuǎn)動角度在內(nèi)的頭部自由度姿態(tài)參數(shù)。

進(jìn)一步地，所述步驟b2.3中，解算紅外特征點(diǎn)圖像采用的圖像處理算法包括EPNP方法、POSIT方法或牛頓迭代法中的一種。