[发明专利]穿戴式平视显示系统及其双重协调方法

权利要求书

1.一种用于使飞行器驾驶信息在显示器上的显示符合外部现实世界的穿戴式平视显示系统(2)的双重协调方法，

所述穿戴式平视显示系统包括：

-透明穿戴式平视显示器(12)D0，

-头部姿势检测子系统DDP(16)，其具有牢固地附接到透明显示器D0的移动式跟踪第一元件(18)D1、牢固地联接到所述飞行器的平台(24)的固定的第二元件(22)D2，以及用于测量并确定移动式跟踪第一元件D1相对于联接到平台(24)的固定的第二元件D2的参考系的相对定向M12的装置，

-姿态惯性设备(30)D3，其用于提供平台(24)相对于联接到地球的地面参考系的相对姿态M3t，所述姿态惯性设备为能够移动且能够在飞行器运行的任意时间段牢固地固定到驾驶舱挡风玻璃上的所述平台(24)，

-双重协调子系统(34)，其用于使驾驶信息在所述显示器D0上的显示符合外部现实世界的所述穿戴式平视显示系统，所述双重协调子系统具有用于管理和执行所述双重协调方法的实施的双重协调计算机(36)以及人-系统接口(38)，

所述双重协调方法的特征在于，其包括：

-第一步骤(204)，其提供扩增惯性设备D3p+，所述扩增惯性设备D3p+牢固地在同一个组合件中集成有飞行器的姿态惯性设备D3以及用于拍摄外部现实世界的一张或多张照片的摄像机，所述摄像机与飞行器的姿态惯性设备D3牢固地联接；

-第二步骤(206)，其获取测量在该步骤中执行一系列整数N个不同瞄准Vi，N大于或等于3，i从1变化到N，所述瞄准Vi通过与外部现实世界对准次序i的不同图像、经由半透明显示器D0来执行，所述次序i的不同图像表示为image(i)、定格在所述显示器D0上且每个图像表示在第一瞄准V1之前由扩增惯性设备D3p+的摄像机拍摄、以预定不同角定向Oi可见的同一张照片，所述不同角定向以与从次序i的图像的参考系“image(i)”到显示器D0的参考系“0”的矩阵M(image(i)/0)相对应的方位角、俯仰角以及横滚角的三个欧拉角表示；且其中，对于i从1变化到N的所执行的每一瞄准Vi，所述头部姿势检测子系统DDP测量并确定跟踪第一元件D1相对于联接到飞行器的平台的固定的第二元件D2的相对应的相对定向随后

-第三步骤(208)，其中，所述双重协调计算机联合地将处于倾斜位置的显示器D0与跟踪第一元件D1之间的相对定向M01的矩阵以及头部姿势检测子系统(16)DDP的固定的第二元件D2与姿态惯性设备(30)D3之间的相对定向M23的矩阵分别计算为右矩阵和左矩阵i从1变化到N的协调方程组：的联合解，其中是所述矩阵M(image(i)/0)的转置。

2.根据权利要求1所述的双重协调方法，其中

所需的最小测量数目N取决于显示系统HMD的有误差的或不可用的旋转M01和M3t的角自由度的数目L，所述数目L是大于或等于1且小于或等于6的整数，并且

i从1变化到N的方程组的求解使用校正算子π(.)以确定向右的旋转和向左的旋转所述校正算子将任意矩阵A变换为3×3正方形旋转矩阵π(A)，所述π(A)是所有3×3旋转矩阵中在以下意义上最接近矩阵A的：矩阵π(A)-A的所有项的平方和最小。

3.根据权利要求2所述的双重协调方法，其中

所述数目N大于或等于3，且

求解双重协调方程组的第三步骤(208)包括第一子步骤集合(232)，其包括：

-在第一子步骤(234)中，选择“主元”测量作为N个测量之中的第一测量且对应于i等于1，对于i＝2、…、N，使用方程式和计算旋转矩阵和随后

-对于i＝2、…、N，在第二子步骤(236)中确定旋转和的主要酉向量，其分别表示为和随后

-在第三子步骤(238)中，利用以下方程式计算右矩阵即M01：

随后

-在第四子步骤(240)中，根据在第三子步骤(238)中计算出的矩阵利用以下方程式确定左旋转矩阵即M23：