头盔瞄准显示系统运动位姿的预测方法-论文.pdf

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1、第28卷第7期电子测量与仪器学报f．28．7·724·JOURNALOFELECTRoNICMEAsUREMENTANDINsTRUMENTATION2014年7月DOI：10．13382／j．jemi．2014．07．006头盔瞄准显示系统运动位姿的预测方法米孙超徐正平王德江(中国科学院航空光学成像与测量重点实验室中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033)摘要：针对受面阵CCD相机的帧频限制而对头盔瞄准显示系统定位速度慢的问题，提出了一种基于UnscentedKalman滤波的头盔运动位姿固定超前预测方法。分析了飞行员头部的运动特点，建立了描述头盔运动位姿固定超前预测的状态空

2、间模型，并对头盔的三维运动位姿进行固定超前预测和估计，在保证位姿测量精度的前提下，间接提高定位系统对头盔的位姿测量速度。实验结果表明，该方法在保证对头盔瞄准显示系统定位精度的前提下，可以有效地将其定位速度提高一倍。关键词：头盔瞄准显示系统；UnscentedKalman滤波；位姿；固定超前预测；定位中图分类号：TP242．6；TN911．71文献标识码：A国家标准学科分类代码：510．4020Posepredictionmethodformovinghelmet-mounteddisplayandsightsystemSunChaoXuZhengpingWangDejiang(KeyLabo

3、ratoryofAirborneOpticalImagingandMeasurement，ChineseAcademyofSciences，ChangchunInstituteofOptics，FineMechanicsandPhysics，ChineseAcademyofSciences，Changchun130033，China)Abstract：Aimingattheproblemofslowpositioningspeedforhelmet-mounteddisplayandsightsystem，whichisre—strictedbytheareaCCDcamera’Sframe

4、rate，afixed-timepredictionmethodformovinghelmetposebasedonUn—scentedKalmanfilteringisproposedinthispaper．Themovementcharacteristicsofthepilot’Sheadareanalyzed，andthestate—spacemodelisestablishedtodescribethefixed—timepredictionprocessformovinghelmetpose．Then，thethree—dimensionalposeofhelmetispredic

5、tedandestimatedaswel1．Onthepremisethattheposemeasurementaccu—racywouldnotdecline，theposemeasurementspeedisimprovedbythepositioningsystemforhelmetindirectly．Theexperimentalresultsshowthat，onthepremiseofensuringthehelmet’Spositioningaccuracy，thepositioningspeedofhelmet—mounteddisplayandsightsystemcan

6、beefectivelydoubledbytheproposedmethod．Keywords：helmet·mounteddisplayandsightsystem；unscentedKalmanfiltering；pose；fixed—timeprediction；po—sitioning定了瞄准线的位置，因此，对飞行员头盔的准确、快1引言速定位是充分发挥HMDS作用的一个重要前提。20世纪60年代初，美国首先将目视和驱动技基于机器视觉的单目视觉位姿测量由于具有术结合，由飞行员头部来控制武器瞄准装置，提出非接触、结构简单、标定步骤少等优点而受到广泛了头盔瞄准具的概念，后来在此基础上增强了

7、显示关注。在头盔的位姿测量研究中，如何提高测功能，出现了头盔瞄准显示系统(helmet—mounted量速度是一个重要的研究方向J。在单目视觉测displayandsightsystem，HMDS)，HMDS把头盔瞄量中，受面阵CCD帧频的限制，对头盔的定位速度准线引入火力控制系统，使其具有快速搜索、识别较慢，这不利于武器系统对目标的实时打击，但利和跟踪能力』。飞行员通过头盔瞄准标线瞄准并用一定的预测方法可以