[发明专利]一种基于数据融合的头部姿态识别方法

说明书

本发明公开了一种基于数据融合的头部姿态识别方法，先采集头部转动过程中精确头部X轴转动角度和精确头部Y轴转动角度，然后采集头部转动过程中Z轴转动角度，Z轴转动角度包括陀螺仪Z轴转动角度和红外特征点Z轴转动角度、将陀螺仪Z轴转动角度和红外特征点Z轴转动角度作为数据融合算法的输入量，经过数据融合获取精确头部Z轴转动角度，最后输出由精确头部X轴转动角度、精确头部Y轴转动角度和精确头部Z轴转动角度构成的头部姿态参数；本发明不仅测量成本低，且通过融合算法，能够采用红外扫描测量结果修正陀螺仪测量结果的漂移量，在保持这两种测量方法原有的优点的基础上达到高精度测量的目的。

技术领域

本发明涉及飞行系统仿真及空间定位技术领域，尤其涉及一种基于数据融合的头部姿态识别方法。

背景技术

现代战斗机上大多配备头盔瞄准系统，头盔瞄准系统可以使飞行员通过头部转动控制武器瞄准和雷达扫描。在飞行员正式真机训练过程之前，必须在飞行模拟器中经过严格的头盔瞄准训练，由于真机头盔瞄准系统功能复杂且成本很高，因此，在飞行模拟器中要想实现飞行员通过头部转动控制武器瞄准和雷达扫描等功能，就需要开发一套低成本的头盔瞄准系统仿真装置，其中，核心设备即为头部转动角度测量装置。

目前，常用的头部转动角度测量装置包括两种，一种是采用陀螺仪测量姿态方式测量头部转动角度，一种是采用特征点识别方法测量头部转动角度。前者能够测量头部转动角度，测量范围大，但数据有漂移，且使用时间越长漂移越大；后者也能测量头部转动角度，测量结果精度高，但在只有一个红外扫描仪的情况下可测量范围较小。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于数据融合的头部姿态识别方法，不仅测量成本低，且通过融合算法，能够采用红外扫描测量结果修正陀螺仪测量结果的漂移量，在保持这两种测量方法原有的优点的基础上达到高精度测量的目的。

本发明采用的技术方案为：

一种基于数据融合的头部姿态识别方法，包括以下步骤：

A、采集头部转动过程中精确头部x轴转动角度和精确头部Y轴转动角度；具体为：

a1：头部转动，倾角传感器随动；

a2：采用倾角传感器采集精确头部X轴转动角度和精确头部Y轴转动角度；

B、采集头部转动过程中Z轴转动角度，Z轴转动角度包括陀螺仪Z轴转动角度和红外特征点Z轴转动角度；陀螺仪Z轴转动角度由陀螺仪采集获取，红外特征点Z轴转动角度由红外工业相机采集获取；

C、将陀螺仪Z轴转动角度和红外特征点Z轴转动角度作为数据融合算法的输入量，经过数据融合获取精确头部Z轴转动角度；

D、输出由精确头部X轴转动角度、精确头部Y轴转动角度和精确头部Z轴转动角度构成的头部姿态参数。

进一步地，所述步骤B中陀螺仪Z轴转动角度的获取过程具体为：

b1.1：头部转动，陀螺仪随动；

b1.2：陀螺仪测量头部Z轴转动角速度；

b1.3：头部Z轴转动角速度经积分获取陀螺仪Z轴转动角度。

进一步地，所述步骤B中红外特征点Z轴转动角度的获取过程具体为：

b2.1：头部转动，红外特征点随动；

b2.2：红外工业相机采集红外特征点图像；

b2.3：采用图像处理算法解算红外特征点图像，获取包括红外特征点Z轴转动角度在内的头部自由度姿态参数。

进一步地，所述步骤b2.3中，解算红外特征点图像采用的图像处理算法包括EPNP方法、POSIT方法或牛顿迭代法中的一种。