一种人机协同智能瞄准指向系统及瞄准指向方法技术方案

本发明专利技术公开了一种人机协同智能瞄准指向系统及瞄准指向方法，所述系统包括光电瞄具单元、指向机构、数据采集单元和人体装具单元；所述光电瞄具单元用于对目标进行搜索和识别，并将目标信息发送至人体装具单元；所述数据采集单元用于采集人体小臂指向瞄准目标后的姿态信息，并发送至指向机构；所述指向机构用于根据所述姿态信息调整位置以完成瞄准。本发明专利技术具有原理简单、操作简便、控制效果好、瞄准指向效率高等优点。率高等优点。率高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种人机协同智能瞄准指向系统及瞄准指向方法


[0001]本专利技术主要涉及人机协同瞄准
，具体涉及一种人机协同智能瞄准指向系统及瞄准指向方法。

技术介绍

[0002]指向系统是光电探测系统的重要组成部分，广泛应用于舰船舰艇、车载光电桅杆、机载光电吊舱、星载探测器和民用监控等平台上，作为军民两用装备的“眼睛”，指向系统往往是造价较高乃至最高的部分，也是引领武器装备向着智能化方向发展的重要技术支撑之一。随着我国信息化和智能化的蓬勃发展，指向系统在瞄准、监控、跟踪、导航、定位和通信等领域的影响越来越重要，广泛覆盖了陆地、海洋、太空、天空等各类应用环境，同时对指向系统提出了更灵活、更智能、人机协同效率更高的新需求。
[0003]传统指向系统的瞄准方式具有单一性、固定性等特点，操作手在电磁遥控模式下通过手柄、鼠标、多功能按键面板等工具实现指向系统的操控输入，输出呈现给操作手的也仅仅是电脑上的二维图像，该操控方法除了本身单一、固定的操作限制外，还带有一定的滞后性和割裂性。滞后性体现在人体神经信号条件反射和机电装置的延迟滞后，割裂性体现在人体
‑
机器之间的联系还不够紧密，简单的二维图形界面和手柄按键组件已经不能满足人机协同智能瞄准的新需求。
[0004]随着人工智能技术的不断发展，新型指向系统将减少对机器语言的依赖，在没有键盘、鼠标以及触摸屏幕等中间设备的情况下，其能够更好地实现人机自由的交流与协作。瞄准指向系统一方面需要感知操作手的肌肉运动、姿态、身体状态和实时环境参数等多个感官通道的输入信息，另一方面指向系统根据操作手眼、耳、身体感受到的感觉信息达到迅速、精确地随动瞄准指向。
[0005]人体在瞄准这一运动中所起到操作和运算的作用，可以被称为一个自动化系统某种激励和反馈的过程，可被抽象为“人的传递函数”。具有与瞄准指向有关的跟踪行为，具体包括光机电系统自身的跟踪瞄准，以及人体的神经和肌肉系统的基础解剖学和瞄准心理学的基础。人机协同下实现瞄准指向，不仅具有闭环控制系统的一般特点，而且由于人的参与还会涌现出其他特征。所以需要考虑实际瞄准中存在人体孤僻动作等人为因素造成瞄准精度下降问题，比如耸肩、肌肉震颤、呼吸急促、心跳加速等等。
[0006]近年来，高性能传感器与微处理器的出现，进一步提高了传统指向系统的测控能力，也进一步拓展了新型指向系统的人机操控方式，操作手和指向系统的双向感知呈现出多通道的特点。汇总分析这些不同的用于人机协同的操控方式可以借用中医科学里“望、闻、问、切”术语来概括，操作手通过穿戴式传感器设备用“望闻问切”四种方式感知外界环境的状态参数，指向系统通过搭载各类高性能传感器设备也是用“望闻问切”四种方式实现操作手瞄准指向随动。具体分析如下：
[0007](1)在操作手侧这四种方式含义如下：
[0008]望：通过人眼视觉观察瞄准目标所在位置，通过穿戴战术头盔AR眼镜对目标识别
监控，选择目标数目、判断目标遮挡情况；
[0009]闻：通过耳朵听觉感知环境声音；
[0010]问：通过穿戴单兵携行具配备音频传感器实现声音录制，携行具配备电台与后方指挥所对话；
[0011]切：通过穿戴战术手套配备六轴姿态传感器获取手臂运动姿态、空间方向或位置、加速度等信息。
[0012](2)在指向系统侧这四种方式含义如下：
[0013]望：通过光电瞄具机器视觉技术捕获瞄准目标位置、跟踪目标运动状态、实现激光测距、目标定位和监控；
[0014]闻：通过麦克风阵列捕获环境声音，通过气压、温度、湿度传感器实时感知环境参数，通过北斗定位模块实现导航定位；
[0015]问：通过音频传感器实现声音录制，将环境声音传递至后方指挥所和操作手；
[0016]切：通过惯性传感器直联或捷联方式感知指向系统运动姿态，并将光电瞄具脱靶量和战术手套人体手臂运动姿态信号回传，实现指向系统视觉和惯性组合伺服控制，完成指向机构快速响应跟随人体手臂运动。
[0017]综上所述，现有的指向系统操控方法存在操作方式单一、操作模式固定、滞后性和人机割裂性较大、环境适应性较差等诸多缺陷，亟须设计一种能够同时兼顾人机协同效率和瞄准指向响应速度的人机协同智能瞄准指向系统。

技术实现思路

[0018]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种原理简单、操作简便、控制效果好、瞄准指向效率高的人机协同智能瞄准指向系统及瞄准指向方法。
[0019]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0020]一种人机协同智能瞄准指向系统，包括光电瞄具单元、指向机构、数据采集单元和人体装具单元；所述光电瞄具单元用于对目标进行搜索和识别，并将目标信息发送至人体装具单元；所述数据采集单元用于采集人体小臂指向瞄准目标后的姿态信息，并发送至指向机构；所述指向机构用于根据所述姿态信息调整位置以完成瞄准。
[0021]优选地，还包括激光校准单元，用于在指向机构和人体手臂各发射激光指向目标时，识别两束激光源位置，运用边缘提取算法得到图像轮廓边缘，根据镜头分辨率信息给出两激光源中心的像素点坐标(x1,y1)和(x2,y2)，计算两中心点在光学坐标下的像素点间隔数(Δx,Δy)，再依据光学镜头的视场角度信息，换算处理成两点间隔密位Δ，得到人机协同瞄准的指向精度，以进行校准和校正。
[0022]优选地，所述人体装具单元包括AR眼镜、战术头盔、战术手套、单兵携行具、六轴传感器中的一种或多种；战术头盔配置AR眼镜实现光电瞄具单元的视频流回传，战术手套配置六轴传感器用来捕获人体手臂运动姿态，单兵携行装具配备电台用来实现远距离人机交互，通过实时感知环境参数和多体系统动力学建模生成火控十字线以作为人体瞄准目标的判据。
[0023]本专利技术还公开了一种基于如上所述的人机协同智能瞄准指向系统的瞄准指向方
法，包括步骤：
[0024]S1、所述光电瞄具单元对目标进行搜索和识别，并将目标信息发送至人体装具单元；
[0025]S2、所述人体装具单元接收到目标信息后，人体小臂指向瞄准目标；
[0026]S3、所述数据采集单元采集人体小臂指向瞄准目标后的姿态信息，并发送至指向机构；
[0027]S4、所述指向机构根据所述姿态信息调整位置以完成瞄准。
[0028]优选地，步骤S4中，指向机构完成瞄准时，得到对应瞄准线位置的过程为：
[0029]人体小臂在瞄准时，将瞄准线变化规律设为X(t)，由于光电瞄具单元搜索和识别、以及目标信息传输到人体装具单元上存在一定时间滞后τ
T
，同时数据采集单元存在噪声N，所以得到此刻瞄准线位置X
T
(t)为：
[0030]X
T
(t)＝X(t
‑
τ
T
)+N
[0031]其中假设测量噪声N服从零均值的高斯分布；
[0032]当瞄准线位置X
T...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人机协同智能瞄准指向系统，其特征在于，包括光电瞄具单元、指向机构、数据采集单元和人体装具单元；所述光电瞄具单元用于对目标进行搜索和识别，并将目标信息发送至人体装具单元；所述数据采集单元用于采集人体小臂指向瞄准目标后的姿态信息，并发送至指向机构；所述指向机构用于根据所述姿态信息调整位置以完成瞄准。2.根据权利要求1所述的人机协同智能瞄准指向系统，其特征在于，还包括激光校准单元，用于在指向机构和人体手臂各发射激光指向目标时，识别两束激光源位置，运用边缘提取算法得到图像轮廓边缘，根据镜头分辨率信息给出两激光源中心的像素点坐标，计算两中心点在光学坐标下的像素点间隔数，再依据光学镜头的视场角度信息，换算处理成两点间隔密位，得到人机协同瞄准的指向精度，以进行校准和校正。3.根据权利要求1或2所述的人机协同智能瞄准指向系统，其特征在于，所述人体装具单元包括AR眼镜、战术头盔、战术手套、单兵携行具、六轴传感器中的一种或多种；战术头盔配置AR眼镜实现光电瞄具单元的视频流回传，战术手套配置六轴传感器用来捕获人体手臂运动姿态，单兵携行装具配备电台用来实现远距离人机交互，通过实时感知环境参数和多体系统动力学建模生成火控十字线以作为人体瞄准目标的判据。4.一种基于权利要求1或2或3所述的人机协同智能瞄准指向系统的瞄准指向方法，其特征在于，包括步骤：S1、所述光电瞄具单元对目标进行搜索和识别，并将目标信息发送至人体装具单元；S2、所述人体装具单元接收到目标信息后，人体小臂指向瞄准目标；S3、所述数据采集单元采集人体小臂指向瞄准目标后的姿态信息，并发送至指向机构；S4、所述指向机构根据所述姿态信息调整位置以完成瞄准。5.根据权利要求4所述的瞄准指向方法，其特征在于，步骤S4中，指向机构完成瞄准时，得到对应瞄准线位置的过程为：人体小臂在瞄准时，将瞄准线变化规律设为X(t)，由于光电瞄具单元搜索和识别、以及目标信息传输到人体装具单元上存在一定时间滞后τ
T
，同时数据采集单元存在噪声N，所以得到此刻瞄准线位置X
T
(t)为：X
T
(t)＝X(t
‑
τ
T
)+N其中假设测量噪声N服从零均值的高斯分布；当瞄准线位置X
T
(t)满足最佳瞄准阈值Δ0时，激活目标识别与跟踪功能，将瞄准线移动至跟踪波门中心完成瞄准，记录此刻瞄准线位置为X
T
(t
S
)；当指向机构瞄准完成后，采集此刻时间t
e
，则人体瞄准后指向机构完成随动的瞄准线位置X
T
(t
e
)为：X
T
(t
e
)＝X
T
(t
s
+τ
EF
)其中τ
EF
为人体小臂瞄准目标到指向机构随动瞄准同一目标的延迟时间。6.根据权利要求5所述的瞄准指向方法，其特征在于，所述指向机构根据人体小臂指向瞄准目标后的姿态信息来调整位置的具体过程为：建立人机协同瞄准坐标系；所述人机协同瞄准坐标系包括人体坐标系、腰部关节坐标系、肩窝关节坐标系、小臂关节坐标系、手腕关节坐标系、人体坐标系、腰部关节坐标系中的一种或多种；根据人机协同瞄准坐标系，可得小臂与腰部、肩窝关节坐标系角速度的关系式如下所
示：其中，ω
a
是小臂关节坐标系角速度，ω
Xa
,ω
Ya
,ω
Za
分别是ω
a
对应X,Y,Z三个坐标轴的角速度分量，是小臂关节相对人体三坐标轴的角速度矢量，θ
A
是腰部关节坐标系绕Z
A
轴旋转的角度，θ
E
是肩窝关节坐标系绕Y
E
轴旋转的角度，θ
a
是小臂关节坐标系绕Z
a
轴旋转的角度，θ
e
是腰部关节坐标系绕Y
e
轴旋转的角度，ω
b
为人机协同瞄准模型中人体坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：申程，朱文亮，张连超，范大鹏，何爱华，任广安，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：