集成到佩戴/携带式平视观察系统的姿势检测子系统的双重协调方法技术方案

一种集成到佩戴/携带式平视观察系统的姿势检测子系统的双重协调方法，包括：‑在第一步骤中，进行N个旋转矩阵

Dual Coordination Method for Posture Detection Subsystem Integrated into Wearing/Portable Stereoscopic Observation System

【技术实现步骤摘要】
集成到佩戴/携带式平视观察系统的姿势检测子系统的双重协调方法
本专利技术涉及一种集成到佩戴/携带式平视观察系统中的DDP(法语表达détectiondeposture的首字母缩写)姿势检测子系统的双重协调方法和子系统。
技术介绍
佩戴/携带式平视观察系统和姿势检测子系统旨在安装于能够相对于真实外界的参考坐标系移动的运载交通工具上。这些交通工具具体来说是飞行器、军用或民用飞机或者军用或民用直升机。在任何情况下，姿势检测子系统的目的是使飞行员/驾驶员或佩戴/携带式平视观察系统可获得跟踪的移动刚性第一元件S1与固定刚性第二元件S2之间的角度定向或相对旋转，所述跟踪的移动刚性第一元件与飞行员的头部相关联，所述固定的刚性第二元件S2与飞行器平台的坐标系、或与本地地理坐标系、或与地面坐标系相关联。通常，姿势检测子系统被配置成使得飞行员/驾驶员或引导/驾驶系统可获得关于以下元件之间的相对三维3D旋转的信息：一方面，所述DDP姿势检测系统的跟踪移动第一元件S1，所述元件是刚性的并能够以三个旋转角度定向，并且具有与透明观察设备Dv固定地连接的第一正交坐标系RS1，允许同时在被称为观察或瞄准坐标系的坐标系Rv中显示飞行员/驾驶员信息(图像、符号、指令、标线)以及观察真实外界的对象；以及另一方面，所述DDP姿势检测子系统的固定第二元件S2，所述元件是刚性的，具有第二正交坐标系RS2并且固定地连接到具有标示为Rref的所谓参考坐标系的参考设备Dref，并且能够是运载交通工具的坐标系，或本地地理坐标系，或地面坐标系。按照定义，DDP姿势检测子系统的可定向刚性第一元件S1与观察和瞄准设备Dv之间的“固定”连接是刚性连接，其确保允许从附接到姿势检测子系统的可定向跟踪刚性第一元件S1的第一正交坐标系RS1变换到观察和瞄准坐标系Rv的旋转矩阵是在时间上不变的旋转矩阵。根据定义，DDP姿势检测子系统的刚性第二元件S2与固定参考设备Dref之间的“固定”连接是刚性连接，其确保允许从附接到姿势检测子系统的固定刚性第二元件S2的第二正交坐标系RS2变换到固定坐标系Rref的旋转矩阵是在时间上不变的旋转矩阵。通常，固定参考坐标系Rref是这样的坐标系，其中，在与观察和瞄准系相关联的观察和对准坐标系Rv中期望观察的对象的坐标为已知的。然后，DDP姿势检测子系统允许将真实或虚拟对象从参考坐标系“投影”到观察坐标系中。具体地，如果此系统是透明的，则可以将投影的对象叠加在它们的真实图像上，因此称为相符投影。在任何情况下，寻求传递给飞行员/驾驶员或引导/驾驶设备的适用输出信息DDP适用(即飞行员/驾驶员的头盔/耳机的瞄准器的坐标系Rv与参考坐标系Rref之间的旋转)不同于由DDP姿势检测系统计算的原始输出DDP原始(即固定地连接到指向和观察坐标系Rv的第一正交坐标系RS1与固定地连接到参考坐标系Rref的第二正交坐标系RS2之间的测得的和计算的旋转矩阵)。通常，由姿势检测系统通过其矩阵计算的旋转DDP原始是不精确的，即不同于飞行员/驾驶员的头盔/耳机的瞄准器的坐标系Rv与参考坐标系Rref之间的实际旋转，此旋转也被称为适用输出旋转DDP适用。由DDP姿势检测系统计算的计算所得原始输出旋转DDP原始特别是由于以下原因而不精确，这些原因彼此不排斥，可能有多种能够适用：-由DDP姿势检测系统计算的原始输出DDP原始(其表示DDP的可定向第一元件S1的第一坐标系RS1与DDP的刚性第二元件S2的第二坐标系RS2之间的旋转)不同于飞行员/驾驶员的头盔/耳机的瞄准器或指向设备的瞄准器的期望坐标系Rv之间的适用输出旋转DDP适用；-计算所得原始输出DDP原始仅部分确定，其中一个或更多个矩阵分量缺失；-计算所得原始输出DDP原始已经因偏差或偏移的出现而改变，例如在震动或老化或对准设置不良后。目前，为了使计算所得原始输出DDP原始更准确，已知进行校正对准，但这些校正对准是部分的，仅适用于单个偏差或单个识别的未知，并且假设只存在这一个偏差缺陷。另外，当例如通过观察不相符而观察到姿势检测误差时，根据情况会难以或甚至不可能识别误差并校正计算所得原始输出DDP原始，这是因为姿势检测缺陷通过计算所得原始输出矩阵DDP原始的双重可能改变而局部地表达本身；即一个在DDP原始的左侧，通过表示为的左旋转矩阵表示，而一个在DDP原始的右侧，通过表示为的右旋转矩阵表示；旋转矩阵DDP适用、DDP原始、和通过以下关系相关：其中适用输出矩阵DDP适用、原始输出矩阵DDP原始、左旋转矩阵和右旋转矩阵分别满足以下关系：目前，提出的协调原始输出矩阵DDP原始的解决方案由至少包含两个步骤的复杂算法组成，每个步骤对应于原始输出矩阵的有限数量的分量的部分协调，未协调的其余分量需要完全已知，否则残余缺陷会改变正在进行的协调的结果。因此，不可能实现缺陷的双重优化。换句话说，目前提出和实施的协调方法是分别确定左、右两个旋转矩阵和的复杂方法，因此不允许对缺陷进行双重优化。此外，当前的协调方法过度使用三角函数，三角函数是不精确和多个误差的来源，并且对于协调姿势检测系统的原始输出是不需要的。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是弥补上述缺点，并提供一种由姿势检测系统测量和计算的原始输出旋转的双重协调方法，所述方法以全局方式，即同时地，确定左右旋转矩阵和。具体地，技术问题是提供一种由姿势检测系统测量和计算的原始输出旋转矩阵的全局协调方法，所述姿势检测系统在不知道改变源的情况下实现单组测量站。所提供的解决方案允许通过单组测量来计算适用DDP输出，无论预先是否知道改变的起源。为此目的，本专利技术的一个主题是一种集成到佩戴/携带式平视观察系统中的DDP姿势检测子系统的双重协调方法，所述佩戴/携带式平视观察系统位于运载交通工具上并且包括：透明的佩戴/携带式平视观察设备Dv，具有外部参考坐标系Rref的外部参考设备Dref，所述外部参考坐标系可能是运载交通工具的坐标系或本地地理坐标系或地面坐标系；DDP姿势检测子系统，其包括刚性且固定地附接到观察设备Dv的跟踪刚性第一元件S1、固定地接合到参考设备Dref的固定刚性第二元件S2，以及用于测量和确定跟踪移动第一元件S1相对于固定第二元件S2的相对定向的装置；双重协调子系统，其用于协调佩戴/携带式平视观察系统和DDP姿势检测子系统。所述双重协调方法的特征在于它包括以下步骤：-在第一步骤中，对应于不同瞄准动作Vi(i从1到N变化)，执行DDP姿势检测子系统的跟踪移动第一元件S1相对于固定第二元件S2的相对定向(i从1到N变化)的预设数目N的一系列测量，在所述测量中，观察设备Dv中显示的飞行员/驾驶员信息的一个或更多个不同预设元素与真实外界的一个或更多个相应地标重叠或对准，所述地标在外部参考坐标系中的理论旋转矩阵是已知的；然后-在第二步骤中，并且使用双重协调算法，联合计算姿势检测子系统的跟踪第一元件S1相对于观察设备Dv的相对定向矩阵和/或外部参考设备DRef相对于姿势检测子系统的固定刚性第二元件S2的相对定向矩阵分别计算为右侧偏差旋转矩阵和左侧偏差旋转矩阵它们是双重协调方程组的联合解，i从1到N变化。根据具体实施例，DDP姿势检测子系统的双重协调方法包括单独或组合实施的以下特征中的一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成到佩戴/携带式平视观察系统中的DDP姿势检测子系统的双重协调方法，所述佩戴/携带式平视观察系统(2)位于运载交通工具上并且包括：‑透明的佩戴/携带式平视观察设备(12)Dv，‑具有外部参考坐标系Rref的外部参考设备(14)Dref，所述外部参考坐标系能够是运载交通工具的坐标系或本地地理坐标系或地面坐标系；‑DDP姿势检测子系统(16)，其包括：固定地附接到所述观察设备(12)Dv的跟踪刚性第一元件(18)S1，固定地接合到所述参考设备(14)Dref的固定刚性第二元件(20)S2，以及用于测量和确定跟踪移动第一元件(18)S1相对于固定第二元件(22)S2的相对定向

【技术特征摘要】
2017.12.21 FR 17013431.一种集成到佩戴/携带式平视观察系统中的DDP姿势检测子系统的双重协调方法，所述佩戴/携带式平视观察系统(2)位于运载交通工具上并且包括：-透明的佩戴/携带式平视观察设备(12)Dv，-具有外部参考坐标系Rref的外部参考设备(14)Dref，所述外部参考坐标系能够是运载交通工具的坐标系或本地地理坐标系或地面坐标系；-DDP姿势检测子系统(16)，其包括：固定地附接到所述观察设备(12)Dv的跟踪刚性第一元件(18)S1，固定地接合到所述参考设备(14)Dref的固定刚性第二元件(20)S2，以及用于测量和确定跟踪移动第一元件(18)S1相对于固定第二元件(22)S2的相对定向的装置(26)，-双重协调子系统(32)，其用于协调所述佩戴/携带式平视观察系统(2)和所述DDP姿势检测子系统(16)，所述双重协调方法的特征在于它包括以下步骤：-在第一步骤(54、104、204、304、404、504、604、704、804)中，对应于i从1到N变化的不同瞄准动作Vi，执行所述DDP姿势检测子系统(16)的跟踪移动第一元件(18)S1相对于固定第二元件(22)S2的i从1到N变化的相对定向的预设数目N的一系列测量，在所述测量中，所述观察设备(12)Dv中显示的飞行员/驾驶员信息的一个或更多个不同预设元素与真实外界的一个或更多个相应地标重叠或对准，所述地标在外部参考坐标系中的理论旋转矩阵是已知的；然后，-在第二步骤(56、106、206、306、406、506、606、706、806)中，并且使用双重协调算法，联合计算所述姿势检测子系统(16)的跟踪第一元件(18)S1相对于所述观察设备Dv的相对定向矩阵和/或所述外部参考设备DRef相对于所述姿势检测子系统(16)的固定刚性第二元件(20)S2的相对定向矩阵分别计算为右侧偏差旋转矩阵和左侧偏差旋转矩阵它们是双重协调方程组的联合解，i从1到N变化。2.根据权利要求1所述的集成到佩戴/携带式平视观察系统中的DDP姿势检测子系统的双重协调方法，其中所需的最小测量数目N取决于所述平视观察系统的所述旋转矩阵和的错误或不可使用的角度自由度的数目L，所述数目L是大于或等于1且小于或等于6的整数，并且所述方程组i从1到N变化的的解使用校正算子π(.)以确定右侧旋转和左侧旋转校正算子π(.)将任何给定的矩阵A转换为3×3矩形旋转矩阵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所述的集成到佩戴/携带式平视观察系统中的DDP姿势检测子系统的双重协调方法，其中在第一配置(102)中，所述右侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三，并且所述左侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三，所述第一步骤(104)执行大于或等于3的测量数目N，对于这些测量，瞄准动作Vi对应于所显示的三维参考标记与观察到的外部三维参考标记的对准，求解所述双重协调方程组的所述第二步骤(106)包括第一组(112)子步骤，第一组(112)子步骤包括：-在第一子步骤(114)中，将N次测量中的第一次测量选择为“主元”测量，此主元测量对应于i等于1，并且对于i＝2，…，N，使用方程和计算旋转矩阵和然后-在第二子步骤(116)中，针对i＝2，…，N，确定旋转和的主要单位矢量，分别由和指定；然后-在第三子步骤(118)中，使用以下方程计算右矩阵然后-在第四子步骤(120)中，根据在所述第三子步骤(118)中计算的所述矩阵使用以下方程确定左侧旋转矩阵4.根据权利要求2所述的集成到佩戴/携带式平视观察系统中的DDP姿势检测子系统的双重协调方法，其中在第二配置(202)中，所述右侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三，并且所述左侧偏差旋转矩阵的单个错误或不可使用的角度自由度是方位角，假设已知仰角和侧倾角具有足够的精度；并且所述第一步骤(204)执行大于或等于4的测量数目N，对于这些测量，瞄准动作Vi对应于所显示的三维参考标记与观察到的三维参考标记的对准；并且求解所述双重协调方程组的所述第二步骤(206)包括第二组(212)子步骤，第二组(212)子步骤包括：-在第四子步骤(214)中，对于i＝2，…，N，使用以下方程计算矩阵和矢量和矢量由方程定义；然后-在初始化第五子步骤(216)中，通过设置等于单位矩阵I3，初始化矩阵的第一序列[s]指定遍历序列的当前整数项数；然后-重复迭代的第六子步骤(218)，其中使用以下方程，通过计算矢量值然后计算第一矩阵序列的值从迭代[s]推导至迭代[s+1]：序列是矢量的辅助第二序列，序列收敛于并且-当以由预设阈值定义的足够精度近似极限时，在第七子步骤(220)中停止贯穿所述第六子步骤(218)执行的迭代过程。5.根据权利要求2所述的集成到佩戴/携带式平视观察系统中的DDP姿势检测子系统的双重协调方法，其中在第三配置(302)中，所述右侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三，且所述左侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三；并且所述第一步骤(304)执行大于或等于4的测量数目N，对于这些测量，瞄准动作Vi对应于多个不同瞄准方向与参考外部坐标系RRef中已知的多个目标外部方向的对准，不经过侧倾调节，矢量族和都是不相关的；并且求解双重协调方程组i从1到N变化的的所述第二步骤(306)包括第三组(312)的以下的子步骤，包括：-在初始化第八子步骤(314)中，通过设置等于单位矩阵I3，初始化左侧矩阵的第一序列[s]指定遍历此第一序列的整数项数；然后-重复迭代的第九子步骤(316)，其中使用以下方程，通过计算矩阵然后矩阵从迭代[s]推导至迭代[s+1]：序列是右矩阵的第二序列，序列和分别收敛于和并且-当以足够精度近似极限和时，在第十停止子步骤(318)中停止贯穿第九子步骤(316)执行的迭代过程。6.根据权利要求2所述的集成到佩戴/携带式平视观察系统中的DDP姿势检测子系统的双重协调方法，其中在第四配置(402)中，所述右侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三，且假设所述左侧偏差旋转矩阵已知；并且第一步骤(404)执行大于或等于3的测量数目N，对于这些测量，所述瞄准动作Vi对应于N个不同瞄准方向与同一个目标方向的对准，不经过侧倾调节，矢量族是不相关的，该目标方向在参考外部坐标系RRef中已知；并且求解所述双重协调方程组i从1到N变化的的第二步骤(406)通过以下方程确定右偏差旋转矩阵7.根据权利要求2所述的集成到佩戴/携带式平视观察系统中的DDP姿势检测子系统的双重协调方法，其中在第五配置(502)中，所述右侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·鲁泽，
申请(专利权)人：泰勒斯公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR