[发明专利]基于9自由度惯性系统的头位跟踪系统及头位跟踪的方法

权利要求书

1.一种基于9自由度惯性系统的头位跟踪系统，其特征在于，包括头位跟踪装置和数据采集处理计算机，所述头位跟踪装置和数据采集处理计算机之间通过信号连接线缆连接，所述数据采集处理计算机中安装有数据采集处理软件，所述头位跟踪装置包括飞行员头盔和9自由度惯性陀螺仪，所述9自由度惯性陀螺仪通过结构胶水平固定在所述飞行员头盔的上方，所述数据采集处理软件通过USB接口进行所述头位跟踪装置的数据的采集，计算出用户头部的三维空间位置数据，并与三维姿态信息构成三维运动状态数据，所述数据采集处理计算机根据用户头部的所述三维运动状态数据实时更新像仿真画面。

2.根据权利要求1所述的基于9自由度惯性系统的头位跟踪系统，其特征在于，所述9自由度惯性陀螺仪的型号为LPMS-CU2。

3.根据权利要求2所述的基于9自由度惯性系统的头位跟踪系统，其特征在于，所述信号连接线缆采用USB type-A转Micro USB-B接口，所述Micro USB-B接口与所述9自由度惯性陀螺仪连接，所述USB type-A与所述数据采集处理计算机连接。

4.一种利用如权利要求3所述的基于9自由度惯性系统的头位跟踪系统进行头位跟踪的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A)将9自由度惯性陀螺仪安装在飞行员头盔的上方，并使所述9自由度惯性陀螺仪的安装平面与所述飞行员头盔的平面保持水平；

B)将信号连接线缆的Micro USB-B接口的一端与所述9自由度惯性陀螺仪连接，将USBtype-A的一端与数据采集处理计算机连接；

C)通过厂家自带的调试软件进行传输速率和输出数据类型的设置，去除无效的输出数据，保留初始三轴加速度数据和三轴欧拉角数据；

D)在使用所述9自由度惯性陀螺仪对头位跟踪获取数据前，进行头位跟踪器校准，并以校准确认时的所述飞行员头盔的状态为零点；

E)对使用数据采集处理软件获取的三轴欧拉角数据进行头位跟踪的角度追踪，对所述初始三轴加速度数据进行低通滤波，对采样信号进行低通过滤的方式是执行滚动平均值；

F)对低通滤波后的三轴加速度数据进行机械滤波，将机械滤波后的三轴加速度数据与机械滤波阈值进行对比，当所述机械滤波后的三轴加速度数据在所述机械滤波阈值范围内时，即认为无效数据，将所述机械滤波后的三轴加速度数据强制赋值为0；

G)对所述步骤F)中处理后的三轴加速度数据进行一次积分，分别获取三轴上的速度值；

H)通过前后采样区域相减法消除误差，得到消除误差后的三轴上的速度值，计算公式如下：

其中，Area_n为当前采样时间区域的积分消除误差后的结果，Sample_n为当前采样时间区域的积分值，Sample_n-1为上一采样时间区域的积分值，T为采样时间；

I)将所述消除误差后的三轴上的速度值再次进行积分，计算出位移值，计算公式如下：

其中，Area_n为当前采样时间区域的积分消除误差后的结果，Sample_n为当前采样时间区域的积分值，Sample_n-1为上一采样时间区域的积分值，T为采样时间；

J)进行移动结束检查，按照物体停止→运动→停止的状态，加速度先增加后减少直到速度达到最大值，然后以相反的方式加速，直到所述速度再次到达0，在该点上达到一个稳定的位移和新的位置；

K)将头位基于零点沿三轴方向移动的距离及飞行员转动的方位角传送给成像仿真计算机，完成成像画面基于头位的随动刷新显示。