基于微慣性器件的頭部運(yùn)動(dòng)綜合測(cè)量方法研究

萬(wàn)航雁，　張求知，　張伊慧，　張勁峰，　劉世良，　張寶尚，　陳　君

(1.光電控制技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽(yáng)　471000;　2.中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司洛陽(yáng)電光設(shè)備研究所，河南 洛陽(yáng)　471000)

0　引言

空間姿態(tài)測(cè)量技術(shù)是針對(duì)空間兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體，將其中一個(gè)作為觀察者，另一個(gè)作為目標(biāo)，測(cè)量?jī)烧咴谶\(yùn)動(dòng)過(guò)程中的相對(duì)位姿關(guān)系的過(guò)程。應(yīng)用于航空領(lǐng)域的頭盔空間姿態(tài)測(cè)量技術(shù)，可以在飛機(jī)運(yùn)動(dòng)、頭部擺動(dòng)的情況下，準(zhǔn)確獲得頭部相對(duì)于飛機(jī)的姿態(tài)信息。主要可以分為以下幾種[1]：機(jī)械連桿法是最早的實(shí)現(xiàn)頭盔位姿測(cè)量的方法，通過(guò)在盔體上固連一套機(jī)械連桿系統(tǒng)，在理論上實(shí)現(xiàn)了頭盔位姿的測(cè)量，但是在一定程度上限制了飛行員的頭部運(yùn)動(dòng)，影響緊急逃生安全；電磁場(chǎng)法是通過(guò)計(jì)算固連在盔體上接收信號(hào)的三軸正交的環(huán)形天線內(nèi)的磁場(chǎng)變化得到頭盔位姿變化，這種方法容易受到座艙周圍金屬的干擾[2]，但是測(cè)量角度大，不易受到陽(yáng)光干擾；此外還有視覺(jué)測(cè)量方法與慣性測(cè)量方法等。這些方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，單一的測(cè)量方法往往會(huì)受到器件本身和算法的限制。為此，考慮利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)[3-4]的同時(shí)使用慣性測(cè)量與視覺(jué)測(cè)量方法對(duì)頭盔姿態(tài)進(jìn)行跟蹤與分析處理，期望得到更優(yōu)的性能。

1　綜合測(cè)量方法

基于MIMU的頭盔空間位姿綜合測(cè)量方法流程如圖1所示。MIMU固定在頭盔盔體上，輸出頭盔坐標(biāo)系(OXvYvZv)相對(duì)于地球慣性坐標(biāo)系(OXiYiZi)的角速率。飛機(jī)上的慣性器件具有較高的精度，輸出飛機(jī)坐標(biāo)系(OXbYbZb)相對(duì)于地球慣性坐標(biāo)系的角速率。……