基于惯性和视觉组合的头盔位姿测量系统分析与设计

发布时间：2024-03-21 23:13

　　在现代化武器装备中,头盔不仅是一种保护装置,更是一种强大的信息平台。为了解决现代飞机及机上雷达等系统操纵日益复杂的问题,现代飞机普遍采用具有头盔位姿测量系统的头盔显示器。头盔位姿测量系统的关键技术之一是要准确、快速地测量头盔与机舱的相对位姿,将合适的影像输送到头盔显示器,使飞行员和机上设备能准确感知战场环境。从其他国家的飞行员头盔装备来看,尽管已经有电磁式、机电式、视觉式等头盔位姿测量系统,但普遍存在与红外谱重叠、更新率慢、可靠性差,以及精度低等缺点,不能满足现代作战飞机的要求。针对以上问题,本文采用惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)和视觉标签AprilTag组合测量头盔的位姿,建立两者的运动学模型并使用紧耦合的扩展卡尔曼滤波模型将两部分位姿信息融合到一起,提出角点更新整个滤波的新方法。首先,研究并解决了整个头盔位姿测量系统的初始化问题,包括相机的建模与标定、建立IMU的噪声模型、定义整个系统所涉及坐标系的表示以及IMU与相机空间位姿的外参标定,另外详细介绍了视觉标签AprilTag系统的组成以及整个系统所涉及的算法。其次,提出了基于扩展卡尔曼滤...

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1一3ZebrisMedicalGmbH公司生产的超声波测量系统

图１－２?Ｐｏｌｈｅｍｕｓ公司的电磁跟踪系统??声学跟踪技术［８］是使用超声波传感器实现对位置的跟踪。一般的声统使用超声波，所以声学跟踪系统有时也被称作超声波跟踪系统。学跟踪技术实际应用场景中，会用到多个超声波收发传感器，这样精准地确定运动物体的位置和方向。声学跟踪技术的主要优点....

图１－２?Ｐｏｌｈｅｍｕｓ公司的电磁跟踪系统??８

致声学跟踪系统更新频率低，整个系统会有很大的延迟，达不到实时跟踪物??体的目的；（３）对环境温度角敏感。具有代表性的产品是德国Ｚｅｂｒｉｓ?Ｍｅｄｉｃａｌ??ＧｍｂＨ公司生产的超声波测量系统，如图１－３所示。??■Ｒ．?／?：??二二－＝？?１?．?＾??ａ??图１－３?Ｚｅｂｒ....

图１－４?ＱＵＡＬＩＳＹＳ测量系统??惯性跟踪技术是使用ＩＭＵ进行跟踪，陀螺仪可以测量被跟踪物体的??角速度信息，从而达到对目标物体方向的跟踪；加速度计测量得到运动物体??

可以实时跟踪目标物体。光学跟踪技术的缺点主要是成本较高，而??且易受障碍物或者干扰光源的干扰。具有代表性的光学跟踪系统是瑞典的??ＱＵＡＬＩＳＹＳ测量系统，如图１?－４所示。??．．．．．Ｊ１??图１－４?ＱＵＡＬＩＳＹＳ测量系统??惯性跟踪技术是使用ＩＭＵ进行跟踪，陀螺仪可以测....

图１－５?Ｔｈａｌｅｓ公司的ＩｎｅｒｔｉａＣｕｂｅ４惯性跟踪系统??１．２．２视觉标签测量技术的研究现状??

可以实时跟踪目标物体。光学跟踪技术的缺点主要是成本较高，而??且易受障碍物或者干扰光源的干扰。具有代表性的光学跟踪系统是瑞典的??ＱＵＡＬＩＳＹＳ测量系统，如图１?－４所示。??．．．．．Ｊ１??图１－４?ＱＵＡＬＩＳＹＳ测量系统??惯性跟踪技术是使用ＩＭＵ进行跟踪，陀螺仪可以测....

本文编号：3934274