[发明专利]一种基于多源信息融合的高精度运动轨迹检测系统

权利要求书

1.一种基于多源信息融合的高精度运动轨迹检测系统，其特征在于，包括惯性传感定位、电磁定位、机器视觉定位三个模块化的子系统以及数据处理平台，惯性传感定位子系统、电磁定位子系统和机器视觉定位子系统采集的数据均传输到所述数据处理平台，以实现信息融合定位和协作定位；其中：

所述惯性传感定位子系统用于测量运动部件三维姿态角；

所述电磁定位子系统用于测量运动部件三维位置和三维姿态角；

所述机器视觉定位子系统用于测量运动部件三维位置信息；

所述数据处理平台通过将惯性传感定位子系统、电磁定位子系统、机器视觉定位子系统中获取的多源信息进行综合分析和协调处理，基于分布式状态融合结构模型，对数据进行坐标转换和数据校正、数据关联和状态估计融合。

2.根据权利要求1所述的一种基于多源信息融合的高精度运动轨迹检测系统，其特征在于，所述的惯性传感定位子系统包括MEMS传感器和第一子处理器，MEMS传感器贴附于运动部件来实时获取三维姿态信息，第一子处理器采用卡尔曼滤波或正交余弦矩阵融合算法对MEMS传感器采集的数据进行融合，从而获得运动部件精确的三维姿态角信息。

3.根据权利要求2所述的一种基于多源信息融合的高精度运动轨迹检测系统，其特征在于，所述的MEMS传感器包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计，所述三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计采集的数据均传送到第一子处理器，第一子处理器对三者数据进行处理，得到MEMS传感器当前的姿态角，即运动部件的姿态角；其中：

三轴陀螺仪测得角速度一次积分后得到运动部件偏转的姿态角；

三轴磁力计用于测量地磁强度，进而得到运动部件的航向角；

三轴加速度计测量到的信号中的三轴重力分量，用于测量运动部件的绝对俯仰角和翻滚角；

三轴磁力计和三轴加速度计输出的姿态角动态性能差，用于补偿三轴陀螺仪信号一次积分后得到的姿态角，去除漂移。

4.根据权利要求1所述的一种基于多源信息融合的高精度运动轨迹检测系统，其特征在于：所述的电磁定位子系统包括三轴正交的激励线圈和三轴正交的感应线圈、以及第二子处理器，其中：感应线圈固定在运动部件上，激励线圈则作为固定点；在短时间内，激励线圈交替通过相同频率和幅度的交流电流，交变的电流信号通过激励线圈在空间产生交变的电磁场，感应线圈在交变的电磁场中输出频率相同的信号；第二子处理器根据感应线圈输出信号的幅值和相位信息，通过定位算法计算出感应线圈相对于激励线圈的位置和方向信息。

5.根据权利要求1所述的一种基于多源信息融合的高精度运动轨迹检测系统，其特征在于，所述的机器视觉定位子系统由若干个相机和FPGA嵌入式处理器组成，其中：若干个相机安装在特征点的周围，用于从不同的方位实时连续采集特征点的图像信号并传递给FPGA嵌入式处理器；FPGA嵌入式处理器用于控制相机获取含有特征点的图像信号，并将图像信号进行处理，实现特征点图像坐标的获取；所述特征点采用主动发光或被动发光的标记点，且贴附于运动部件上。

6.根据权利要求5所述的一种基于多源信息融合的高精度运动轨迹检测系统，其特征在于，所述的机器视觉定位子系统采用多个相机从不同的方位实时连续采集特征点的图像信号，各路图像信号采用基于颜色空间模型进行目标识别，进而找出特征点在各个相机中不同时刻的成像位置的二维坐标；将特征点在各个相机中不同时刻的成像位置的二维坐标通过优化算法进行2D坐标插值计算；在所有相机成像面中的多个二维平面坐标所构成多条空间异面直线，通过三维坐标定位算法计算特征点的空间三维坐标。

7.根据权利要求6所述的一种基于多源信息融合的高精度运动轨迹检测系统，其特征在于，所述的优化算法采用最小二乘法、平均法或中值法。

8.根据权利要求1所述的一种基于多源信息融合的高精度运动轨迹检测系统，其特征在于，所述的数据处理平台采用多源信息融合算法，该算法基于分布式状态融合结构模型，该结构模型的特点是每个子系统的传感器数据在进入数据处理平台前，先由每个子系统自己的数据处理器生成局部的定位跟踪轨迹，然后把处理过的信息送至数据处理平台，数据处理平台根据各子系统的定位跟踪轨迹数据，进行坐标转换和数据较正、数据关联以及状态估计融合，最终生成具有六维位姿的目标定位跟踪轨迹；此外，目标定位跟踪轨迹数据还反馈信息到各个子系统中，为各子系统的定位跟踪提供参考和较准。