一种基于卡尔曼滤波和ppm编码的无线头追设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于卡尔曼滤波和PPM编码的无线头追设计方法和系统，包括用户头部设备和飞机端设备，所述用户头部设备包括视频眼镜、图传接收、主控板、发射器和传感器板，所述飞机端设备包括接收机、云台、图传发射和摄像头。本发明采用九轴姿态检测模块，该模块具有体积小，重量轻，精度高等优点，能够更加精确分析无人机姿态。采用相应的卡尔曼滤波融合算法，解决了三向加速度计测量时误差较大的问题，能够实现在静态和动态条件下物体姿态的正确检测。采用的PPM编码技术，和目前市场销售的使用PPM通信的无线模块能够相互兼容，通用性较强，能够将计算出的两通道舵机信号采用PPM编码传递给发射模块。
【专利说明】
一种基于卡尔曼滤波和PPM编码的无线头追设计方法
技术领域
[0001]本发明涉及视频监控技术领域，具体涉及一种基于卡尔曼滤波和PPM编码的无线 头追设计方法。
【背景技术】
[0002] 航空模型运动是运用航空知识，动手制作模型飞机并用各种不同方式操纵飞机飞 行的运动，它不仅能培养人们对航空事业的兴趣、普及航空知识和技术、培养航空人才，还 能发展青少年智力、增进人们身体健康。随着科技的不断进步和经济的发展，航模产品的价 格不断降低，操作手法也越来越简便，爱好航模的人群也不断壮大，航模的玩法也花样繁 多，其中体验最真实、最震憾的要数FPV了。FPV意为第一人称视角，全称是First Person View。它是一种在遥控航模上加装云台摄像头和图传设备，在地面看屏幕操控模型的新玩 法。这种玩法的特点在于玩家可以身临其境的以飞机驾驶员的视角观察四周，操纵你的模 型飞机翱翔天空，操作者头部的转动会被完全复现在飞机的摄像头上。
[0003] 除此之外，FPV还可以扩展到无人机实时监视工作上，给以各种飞行器为载体的具 有云台的空中摄像系统中地面监控部分提供了一种新型监控方式，监控人员只需转动头部 就能轻松控制监控画面中核心内容的捕捉，非常适合应用在无人机地面监控系统。
[0004] 但是现有技术中主要有以下两个方面的缺点： 1、 现有技术对头部姿态的检测传感器采用的是MMA7620，该传感器是一款三向加速度 传感器，可以同时测量三个坐标轴的值，视频眼镜与交互装置控制部分如图1所示。但是在 航模和无人机飞行监测过程中，姿态变化速度很快，三轴测量的精度远远达不到检测要求； 2、 现有技术中采用的三向加速度传感器存在着在短时间测量范围内误差较大的问题， 但是没有提出相应的解决方案。
[0005] 申请号为201110222250.6的发明提供一种基于头部姿态控制的随动远程视觉系 统，包括视频显示与交互装置和随动视觉装置，视频显示与交互装置包括无线影音传输接 收模块、视频眼镜显示模块、头部姿态检测传感器模块、控制器和通信模块;随动视觉装置 包括具有音频采集功能的摄像头、无线影音传输发射模块、舵机云台装置、通信模块和控制 器。系统采用体感交互操作方式，通过配戴安装有体感检测传感器的视频眼镜，实现了摄像 头的视觉和麦克的声音复制给了操作者，而且实现了操作者就像利用头部运动控制自己眼 睛视野一样控制摄像头的视野，实现对云台的运动跟随控制，增加虚拟现实的沉浸感，给操 作者带来视频、声音和运动的三维一体式操作体验。但是该发明采用MMA7620传感器，精度 较差。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的问题是提供一种基于卡尔曼滤波和PPM编码的无线头追设计方 法，采用九轴姿态检测模块，该模块具有体积小，重量轻，精度高等优点，能够更加精确分析 无人机姿态，且采用卡尔曼滤波融合算法，解决了三向加速度计测量时误差较大的问题。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为： 一种基于卡尔曼滤波和PPM编码的无线头追设计方法，包括如下步骤： 步骤一:飞机端设备上的摄像头首先采集无人机或航模前方的图像信息和音频信息， 并经过图传发射，以无线形式传送给用户头部设备； 步骤二：用户头部设备中的图传接收接收到无人机传输来的图像信息和音频信息后， 将信号输出到视频眼镜上，视频眼镜将接收到的图像和声音信号呈现给操作者； 步骤三:操作者根据无人机或航模发送回来的初始画面，结合检测需求进行头部运动， 用户头部设备上的九轴姿态检测模块感应操作者头部运动姿态； 步骤四：用户头部设备上的主控板通过i2g通信接口从九轴姿态检测模块读取数据， 然后利用卡尔曼滤波器对数据进行滤波； 步骤五:卡尔曼滤波结束后得到的角度就是头部的姿态测量结果，并通过主控板进行 信号处理和分析，即对姿态测量结果进行PPM编码； 步骤六:PPM编码结束，用户头部设备上的发射器将头部运动姿态控制信号发射到飞机 端设备； 步骤七:飞机端设备上的接收机接收用户头部设备中发射器发射来的控制信号，通过 内置的处理模块将头部运动姿态控制信号转换为控制云台舵机的控制角，输出到云台舵 机，并驱动云台进行相应的运动，实现摄像头和操作者头部的随动运动； 步骤八:飞机端设备的摄像头将采集到的画面通过图传发射发送到操作者头部运动随 动系统上，用户头部设备上的图传接收将图像反馈到视频眼镜中，这样操作者就可以看到 自己想要看到的画面。
[0008] 进一步的，所述步骤三中，主控板通过I2G通信接口逐个获取九轴姿态检测模块 的姿态数据，包括头部姿态角速度、加速度和磁偏角的三个数据监测，并将数据打包存入数 组开始计算，I 2G通信的写入函数和读出函数根据三个传感器的不同地址进行处理，同时 考虑传感器校正时产生的偏置参数，最后得到三个传感器分别测出的姿态信息，经过分别 计算得出不同传感器判断出的角度信息，姿态检测结束。
[0009] 进一步的，所述步骤四中，卡尔曼滤波为首先设置一个起始值和最佳增益矩阵，并 进行更新估计，得到最优估计输出、观测输入和修正误差协方阵，并根据仿真数据再次进行 修正直到得到期望的结果位置，滤波结束。
[0010] 进一步的，所述步骤五中，PPM编码开始时先进行中断初始化，然后PPM置高开始计 时，再将PPM置低，当定时器时间达到云台舵机1值，PPM置高再次开始计时，再将PPM置低，当 定时器时间达到云台舵机2值，PPM编码结束，PPM置高并再次置低，并等待下一个周期的到 来。
[0011] -种基于卡尔曼滤波和PPM编码的无线头追系统，包括用户头部设备和飞机端设 备，所述用户头部设备包括视频眼镜、图传接收、主控板、发射器和传感器板，所述飞机端设 备包括接收机、云台、图传发射和摄像头，所述摄像头、图传发射、图传接收和视频眼镜依次 连接，所述传感器、主控板、发射器、接收机和云台依次连接，所述摄像头设置在所述云台 上。
[0012] 进一步的，所述主控板包括单片机芯片。
[0013] 进一步的，所述传感器板采用九轴姿态检测模块，该九轴姿态检测模块包括三轴 陀螺仪、三轴数字加速度计和三轴磁阻传感器。
[0014]进一步的，所述图传接收和图传发射采用欧姆威5.8GHz频率500MW图传套装。
[0015]进一步的，所述云台采用两轴云台，模拟人头的抬头和摇头两个方向的运动。
[0016] 进一步的，所述发射器和接收机采用无线收发模块。
[0017] 进一步的，所述用户头部设备在用户佩戴头追之后，传感器板测量用户头部运动 姿态，通过主控板进行信号处理和分析，并通过发射器将头部运动姿态控制信号发射到飞 机端设备，图传接收把飞机端设备传过来的画面显示在视频眼镜上，所述飞机端设备的接 收机接收发射器发射的控制信号，并驱动云台进行相应的运动，同时把摄像头的画面通过 图传发射发送到用户头部设备的图传接收。
[0018] 本发明采用MEMS惯性器件构成姿态检测系统，采用8位超低功耗AVR单片机 ATmega328P组成的Arduino Nano作为主控板上的控制处理单元，传感器选用九轴姿态检测 模块GY-85,它里面集成了三轴ITG3205陀螺仪、三轴ADXL345B数字加速度计和三轴 HMC5883L磁阻传感器。整个系统由通过通信的加速度计芯片、陀螺仪芯片、磁力计芯片 组成的传感器模块和微处理器模块组成。主控板通过I 2G通信接口从传感器模块读取数 据，利用卡尔曼滤波器对这些数据进行快速处理，计算出自身姿态。
[0019] 姿态检测程序主要通过i2g逐个获取GY_85传感器的姿态数据，包括角速度、加速 度和磁偏角的测量，并将数据进行打包存入数组开始计算。通信包含写入函数和读出函数， 根据三个传感器的不同地址进行处理，中间需要考虑传感器校正时产生的偏置参数，最后 能得到三个传感器分别测出的姿态信息，经过分别计算得出不同传感器判断出的角度信 息。
[0020] 针对加速度计在测量过程中出现的短时间测量范围内误差较大的问题，可以通过 九轴姿态检测模块GY-85内置的陀螺仪来进行有效抑制。磁力计主要检测空间中的水平磁 场来完成感应头部转动方向，以此实现累积误差。但是动态条件下的数据可靠性非常差，所 以采用卡尔曼滤波算法可以实现检测数据的推算和融合，大幅度提高传感器对姿态测量的 实时性和精准度。滤波开始之后，设定起始值，设置最佳增益矩阵并对更新进行估计，依次 对协方阵误差进行多次修正，并将更新估计输出到最优估计输出和观测输入。在计算出结 果后，编入数组进行下一步操作。
[0021] 本发明中采用的PPM编码技术是无线通信方式中的比例遥控器编码方式。遥控器 的的两个摇杆内部连接着四个电位器，摇杆的运动会直接带动电位器一起旋转，引起输出 信号线电压的改变，将变化信息送入遥控器内部的单片机中进行编码，通道的信息会转换 成一组脉冲编码信号，再经过遥控器上高频头部分的高频调制电路调制后，最后通过功放 电路从天线发射出去。
[0022] 当姿态检测部分检测出准确的头部姿态后，单片机将运动的变化转换成舵机的角 度变化。舵机的角度信号是通过方波的高电平时间表示的，航模中常用的模拟舵机的控制 信号是一个频率为50Hz方波信号，相对应的方波周期就是20ms，其中表示信号内容的高电 平持续时间为lms至2ms之间，相当于占空比为5~10%。本发明中云台采用两轴，将两路控制 信号通过无线模块发射出去，也即将两路信号进行编码合成，通过一条信号线传送给发射 模块。国际上常用的比例遥控器编码方式PPM，即脉冲位置调制或脉位调制，它采用一个方 波信号的时间宽度来表达一个比例通道舵量的大小。兼容性更强的不带保密的PPM编码方 式适用于各个遥控器厂家设置的独特的编码方式，工作流程如图6所示。
[0023]本发明还提供了一种基于卡尔曼滤波和PPM编码的无线头追系统，主控板主要采 用单片机进行信号的控制。传感器采用的是九轴姿态检测模块GY-85,该传感器集成了三轴 陀螺仪ITG3205、三轴数字加速度计ADXL345B和三轴磁阻传感器HMC5883L，能够实现对物体 姿态的完美检测。摄像头采用的是索尼700线3S供电摄像头模块，图传发射采用欧姆威 5.8GHz频率500MW图传套装。摄像头输出的信号是AV模拟信号，并将AV信号传递给图传。图 传接收将摄像头输出的模拟信号加载在无线电波上发射出去。图传接收采用欧姆威5.8GHz 频率，接受3S供电，输出AV模拟信号，并将信号传递给视频眼镜，视频眼镜采用直流供电。云 台采用的是两轴云台，只模拟人头的抬头和摇头两个方向的运动。这两个运动叠加起来，跟 人的头部正常所做的运动基本一致。
[0024] 本发明采用九轴姿态检测模块，该模块具有体积小，重量轻，精度高等优点，能够 更加精确分析无人机姿态。采用相应的卡尔曼滤波融合算法，解决了三向加速度计测量时 误差较大的问题，能够实现在静态和动态条件下物体姿态的正确检测。采用的PPM编码技 术，和目前市场销售的使用PPM通信的无线模块能够相互兼容，通用性较强，能够将计算出 的两通道舵机信号采用PPM编码传递给发射模块。
【附图说明】
[0025] 下面结合附图对本发明作进一步描述： 图1是本发明基于卡尔曼滤波和PPM编码的无线头追设计系统的系统结构图； 图2是本发明姿态检测部分整体架构图； 图3是本发明本发明中姿态检测流程图； 图4是本发明中卡尔曼滤波软件流程图； 图5是本发明中的PPM编码流程图； 图6是本发明中的传感器输出曲线。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合图1至图6对本发明技术方案进一步展示，【具体实施方式】如下： 实施例一 本实施例提供了一种基于卡尔曼滤波和PPM编码的无线头追设计方法，包括如下步骤： 步骤一:飞机端设备上的摄像头首先采集无人机或航模前方的图像信息和音频信息， 并经过图传发射，以无线形式传送给用户头部设备； 步骤二：用户头部设备中的图传接收接收到无人机传输来的图像信息和音频信息后， 输出到视频眼镜上，在视频眼镜将接收到的图像和声音信号呈现给操作者； 步骤三:操作者根据无人机或航模发送回来的初始画面，结合检测需求进行头部运动， 用户头部设备上的九轴姿态检测模块感应操作者头部运动姿态，主控板通过I2G通信接口 逐个获取九轴姿态检测模块的姿态数据，包括头部姿态角速度、加速度和磁偏角的三个数 据监测，并将数据打包存入数组开始计算，I 2G通信的写入函数和读出函数根据三个传感 器的不同地址进行处理，同时考虑传感器校正时产生的偏置参数，最后得到三个传感器分 别测出的姿态信息，经过分别计算得出不同传感器判断出的角度信息，姿态检测结束； 步骤四：用户头部设备上的主控板通过I 2g通信接口从九轴姿态检测模块读取数据后 利用卡尔曼滤波器对数据进行滤波，卡尔曼滤波为首先设置一个起始值和最佳增益矩阵， 并进行更新估计，得到最优估计输出、观测输入和修正误差协方阵，并根据仿真数据再次进 行修正直到得到期望的结果位置，滤波结束； 步骤五:卡尔曼滤波结束后得到的角度就是头部的姿态测量结果，并通过主控板进行 信号处理和分析，即对姿态测量结果进行PPM编码，PPM编码开始时先进行中断初始化，然后 PPM置高开始计时，再将PPM置低，当定时器时间达到云台舵机1值，PPM置高再次开始计时， 再将PPM置低，当定时器时间达到云台舵机2值，PPM编码结束，PPM置高并再次置低，并等待 下一个周期的到来； 步骤六:PPM编码结束，用户头部设备上的发射器将头部运动姿态控制信号发射到飞机 端设备； 步骤七:飞机端设备上的接收机接收用户头部设备中发射器发射来的控制信号，通过 内置的处理模块将头部运动姿态控制信号转换为控制云台舵机的控制角，输出到云台舵 机，并驱动云台进行相应的运动，实现摄像头和操作者头部的随动运动； 步骤八:飞机端设备的摄像头将采集到的画面通过图传发射发送到操作者头部运动随 动系统上，用户头部设备上的图传接收将图像反馈到视频眼镜中，这样操作者就可以看到 自己想要看到的画面。
[0027] 如图2所示:该发明采用MEMS惯性器件构成姿态检测系统，采用8位超低功耗AVR单 片机ATmega328P组成的Arduino Nano作为主控板上的控制处理单元，传感器选用九轴姿态 检测模块GY-85,它里面集成了三轴ITG3205陀螺仪、三轴ADXL345B数字加速度计和三轴 HMC5883L磁阻传感器。整个系统由通过12^通信的加速度计芯片、陀螺仪芯片、磁力计芯片 组成的传感器模块和微处理器模块组成。主控板通过I 2G通信接口从传感器模块读取数 据，利用卡尔曼滤波器对这些数据进行快速处理，计算出自身姿态。
[0028] 如图3所示:姿态检测程序主要通过逐个获取GY-85传感器的姿态数据，包括 角速度、加速度和磁偏角的测量，并将数据进行打包存入数组开始计算。通信包含写入函数 和读出函数，根据三个传感器的不同地址进行处理，中间需要考虑传感器校正时产生的偏 置参数，最后能得到三个传感器分别测出的姿态信息，经过分别计算得出不同传感器判断 出的角度信息。
[0029] 如图4所示:针对加速度计在测量过程中出现的短时间测量范围内误差较大的问 题，可以通过九轴姿态检测模块GY-85内置的陀螺仪来进行有效抑制。磁力计主要检测空间 中的水平磁场来完成感应头部转动方向，以此实现累积误差。但是动态条件下的数据可靠 性非常差，所以采用卡尔曼滤波算法可以实现检测数据的推算和融合，大幅度提高传感器 对姿态测量的实时性和精准度。滤波开始之后，设定起始值，设置最佳增益矩阵并对更新进 行估计，依次对协方阵误差进行多次修正，并将更新估计输出到最优估计输出和观测输入。 在计算出结果后，编入数组进行下一步操作。
[0030] 本发明中采用的PPM编码技术是无线通信方式中的比例遥控器编码方式。遥控器 的的两个摇杆内部连接着四个电位器，摇杆的运动会直接带动电位器一起旋转，引起输出 信号线电压的改变，将变化信息送入遥控器内部的单片机中进行编码，通道的信息会转换 成一组脉冲编码信号，再经过遥控器上高频头部分的高频调制电路调制后，最后通过功放 电路从天线发射出去。
[0031]如图5所示：当姿态检测部分检测出准确的头部姿态后，单片机将运动的变化转换 成舵机的角度变化。舵机的角度信号是通过方波的高电平时间表示的，航模中常用的模拟 舵机的控制信号是一个频率为50Hz方波信号，相对应的方波周期就是20ms，其中表示信号 内容的高电平持续时间为lms至2ms之间，相当于占空比为5~10%。本发明中云台采用两轴， 将两路控制信号通过无线模块发射出去，也即将两路信号进行编码合成，通过一条信号线 传送给发射模块。国际上常用的比例遥控器编码方式PPM，即脉冲位置调制或脉位调制，它 采用一个方波信号的时间宽度来表达一个比例通道舵量的大小。兼容性更强的不带保密的 PPM编码方式适用于各个遥控器厂家设置的独特的编码方式。
[0032] 实施例二 本实施例还提供了基于卡尔曼滤波器的姿态角推测算法，如下所示： 加速度计在静态条件下测得的重力分量，根据式(1)和(2)可以计算出载体人头部的滚 动角和俯仰角：
当滚动角和俯仰角计算出来后，利用式(3)将磁阻传感器的测量值做一次变换：
根据式(4)，利用变换后的磁阻传感器的数据，便可以解算出偏航角：
(4) 但是在动态条件下，其自身具有未知的加速运动和振动，这时，加速度计肯定受到非重 力加速度影响，倘若依旧按照上式解算姿态角，结果与真实值之间一定会有较大偏差。不过 陀螺对自身的振动和加速运动并不敏感，为了解算出更为准确的自身姿态角，在此增加了 一个卡尔曼滤波的算法，利用三个传感器的综合数据共同估计出一个更为准确的姿态。从 传感器自身的性能同时尽可能使状态空间模型变简化的方向考虑，将单轴方向上的姿态角 和陀螺仪对应该轴的漂移量组成一个二维向量，作为状态变量选取的对象：
(5)
把由式（1)-式(4)解算出的结果当作卡尔曼滤波器的观测数据，此系统的状态方程如 下： (6) ' , v ^ ^ ^ (7) 再将这些状态方程离散化，可得：
(8) (9) 令
式中：dt为系统的采样周期，dotangle是指陀螺仪在采样间隔内输出的角度值。
[0033]建立好系统的状态模型以后，卡尔曼滤波器通过下面的公式，不停地循环迭代可 以得到。
滤波器初值的设置可以按照$=0,? = 可以取相对比较大的值。
[0035] 最后进行试验。打开Arduino IDE，点击工具-> 开发板，并且选择"Arduino Nano"，然后点击此项下面的处理器，选择"Atmega328"，再点击tools->Serial port-〉选择 Arduino控制板的端口号，将程序编译再下载进去。操作无误后，打开调参软件并打开头追 的串口，选择"Start plot"功能，开始绘制头追的输出曲线。根据输出曲线，能够分析出头 追检测出的姿态变化。
[0036]如图6所示：晃动头追，可以得到三个轴输出的信号曲线，可以发现传感器工作正 常，反应很灵敏，跟随很快，信号抖动也不严重，采用的卡尔曼滤波算法起到了明显的良好 作用，PPM通信良好。
[0037] 实施例三 如图1和图2所示:本实施例还提供了一种基于卡尔曼滤波和PPM编码的无线头追系统， 包括用户头部设备和飞机端设备，所述用户头部设备包括视频眼镜、图传接收、主控板、发 射器和传感器板，所述飞机端设备包括接收机、云台、图传发射和摄像头，所述摄像头、图传 发射、图传接收和视频眼镜依次连接，所述传感器、主控板、发射器、接收机和云台依次连 接，所述摄像头设置在所述云台上。
[0038]所述主控板包括单片机芯片。
[0039]所述传感器板采用九轴姿态检测模块，该九轴姿态检测模块包括三轴陀螺仪、三 轴数字加速度计和三轴磁阻传感器。
[0040] 所述图传接收和图传发射采用欧姆威5.8GHz频率500MW图传套装。
[0041] 所述zsT台米用两轴zsT台，1?拟人头的抬头和摇头两个方向的运动。
[0042] 所述发射器和接收机采用无线收发模块。
[0043] 用户头部设备在用户佩戴头追之后，传感器板测量用户头部运动姿态，通过主控 板进行信号处理和分析，并通过发射器将头部运动姿态控制信号发射到飞机端设备，图传 接收把飞机端设备传过来的画面显示在视频眼镜上，飞机端设备的接收机接收发射器发射 的控制信号，并驱动云台进行相应的运动，同时把摄像头的画面通过图传发射发送到用户 头部设备的图传接收。
[0044]主控板主要采用单片机进行信号的控制。传感器采用的是九轴姿态检测模块GY-85,该传感器集成了三轴陀螺仪ITG3205、三轴数字加速度计ADXL345B和三轴磁阻传感器 HMC5883L，能够实现对物体姿态的完美检测。摄像头采用的是索尼700线3S供电摄像头模 块，图传发射采用欧姆威5.8GHz频率500MW图传套装。摄像头输出的信号是AV模拟信号，并 将AV信号传递给图传。图传接收将摄像头输出的模拟信号加载在无线电波上发射出去。图 传接收采用欧姆威5.8GHz频率，接受3S供电，输出AV模拟信号，并将信号传递给视频眼镜， 视频眼镜采用直流供电。云台采用的是两轴云台，只模拟人头的抬头和摇头两个方向的运 动。这两个运动叠加起来，跟人的头部正常所做的运动基本一致。
[0045]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通 技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案 的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种基于卡尔曼滤波和PPM编码的无线头追设计方法，其特征在于:包括如下步骤： 步骤一：飞机端设备上的摄像头首先采集无人机或航模前方的图像信息和音频信息， 并经过图传发射，W无线形式传送给用户头部设备； 步骤二：用户头部设备中的图传接收接收到无人机传输来的图像信息和音频信息后， 将信号输出到视频眼镜上，视频眼镜将接收到的图像和声音信号呈现给操作者； 步骤Ξ:操作者根据无人机或航模发送回来的初始画面，结合检测需求进行头部运动， 用户头部设备上的九轴姿态检测模块感应操作者头部运动姿态； 步骤四：用户头部设备上的主控板通过通信接口从九轴姿态检测模块读取数据，然 后利用卡尔曼滤波器对数据进行滤波； 步骤五:卡尔曼滤波结束后得到的角度就是头部的姿态测量结果，并通过主控板进行 信号处理和分析，即对姿态测量结果进行PPM编码； 步骤六:PPM编码结束，用户头部设备上的发射器将头部运动姿态控制信号发射到飞机 端设备； 步骤屯：飞机端设备上的接收机接收用户头部设备中发射器发射来的控制信号，通过 内置的处理模块将头部运动姿态控制信号转换为控制云台舱机的控制角，输出到云台舱 机，从而驱动云台进行相应的运动，实现摄像头和操作者头部的随动运动； 步骤八:飞机端设备的摄像头将采集到的画面通过图传发射发送到操作者头部运动随 动系统上，用户头部设备上的图传接收将图像反馈到视频眼镜中，运样操作者就可W看到 自己想要看到的画面。2. 如权利要求1所述的基于卡尔曼滤波和PPM编码的无线头追设计方法，其特征在于： 所述步骤Ξ中，主控板通过通信接口逐个获取九轴姿态检测模块的姿态数据，包括头 部姿态角速度、加速度和磁偏角的Ξ个数据监测，并将数据打包存入数组开始计算，I2C：通 信的写入函数和读出函数根据Ξ个传感器的不同地址进行处理，同时考虑传感器校正时产 生的偏置参数，最后得到Ξ个传感器分别测出的姿态信息，经过分别计算得出不同传感器 判断出的角度信息，姿态检测结束。3. 如权利要求1所述的基于卡尔曼滤波和PPM编码的无线头追设计方法，其特征在于： 所述步骤四中，卡尔曼滤波为首先设置一个起始值和最佳增益矩阵，并进行更新估计，得到 最优估计输出、观测输入和修正误差协方阵，并根据仿真数据再次进行修正直到得到期望 的结果位置，滤波结束。4. 如权利要求1所述的基于卡尔曼滤波和PPM编码的无线头追设计方法，其特征在于： 所述步骤五中，PPM编码开始时先进行中断初始化，然后PPM置高开始计时，再将PPM置低，当 定时器时间达到云台舱机1值，PPM置高再次开始计时，再将PPM置低，当定时器时间达到云 台舱机2值，PPM编码结束，PPM置高并再次置低，并等待下一个周期的到来。5. -种基于卡尔曼滤波和PPM编码的无线头追系统，其特征在于:包括用户头部设备和 飞机端设备，所述用户头部设备包括视频眼镜、图传接收、主控板、发射器和传感器板，所述 飞机端设备包括接收机、云台、图传发射和摄像头，所述摄像头、图传发射、图传接收和视频 眼镜依次连接，所述传感器、主控板、发射器、接收机和云台依次连接，所述摄像头设置在所 述云台上。6. 如权利要求5所述的基于卡尔曼滤波和PPM编码的无线头追系统，其特征在于:所述 主控板包括单片机忍片。7. 如权利要求5所述的基于卡尔曼滤波和PPM编码的无线头追系统，其特征在于:所述 传感器板采用九轴姿态检测模块，该九轴姿态检测模块包括Ξ轴巧螺仪、Ξ轴数字加速度 计和Ξ轴磁阻传感器。8. 如权利要求5所述的基于卡尔曼滤波和PPM编码的无线头追系统，其特征在于:所述 图传接收和图传发射采用欧姆威5.8G化频率500MW图传套装。9. 如权利要求5所述的基于卡尔曼滤波和PPM编码的无线头追系统，其特征在于:所述 云台采用两轴云台，模拟人头的抬头和摇头两个方向的运动。10. 如权利要求5所述的基于卡尔曼滤波和PPM编码的无线头追系统，其特征在于:所述 发射器和接收机采用无线收发模块。
【文档编号】H04N7/18GK105974948SQ201610578469
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月22日
【发明人】郑扬冰, 薛晓, 陈怡翔, 杨磊, 周学建, 刘昊然, 金学明, 黄桥
【申请人】南阳师范学院