【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及人体运动感知建模，具体涉及一种前庭运动感知模拟方法及系统。
技术介绍
1、飞行空间定向是指飞行中飞行员在地面和重力垂直线构成的坐标系内，对飞机或自身的位置、运动或姿态及其相互关系的知觉过程。人的视觉、前庭觉和本体觉等基本的感觉系统是其先决条件，在飞行员所接受的视觉信息、仪表信息、前庭和本体信息的基础上，整合加工形成和发展起来的人类定向活动的一种特殊形式。
2、在外部视觉场景清晰的条件下，视觉在空间定向中发挥主导作用，是飞行空间定向最重要的感知。在夜间或复杂气象条件等视觉线索缺失条件下飞行时，感受重力及人体在三维空间的线加速和角加速运动的前庭感觉在空间定向知觉生成中占较大比重，一些条件下甚至能够占据主导地位。本体感觉是人体肌肉、肌腱、关节囊的运动感觉和体表皮肤的触压感觉，在空间定向中一般不起主导作用，主要是支持或验证其他感觉信息。
3、与地面定向相比，在飞行空间定向过程中，飞行员观察到的参照物有限，作用力环境更加复杂，在地面形成的定向习惯和以直觉恒常性为线索的定向方式均发生了改变，空间定向难度显著增加。特别是在云雾雨雪等复杂气象及机动飞行带来的线加速度和角角速度刺激条件下，飞行员极易发生飞行错觉。飞行错觉研究需要模拟飞行员的人体运动感知。
4、人体运动感知模拟是将人体的多种感觉器官感知的机械能信号、光学信号，转换为包含运动感觉信息的神经冲动信号。目前，人体运动感知模拟主要是根据半规管、耳石器、眼睛等感觉器官的功能结构建立单一通道模型，而单一通道模型不能全面、准确模拟人体空间定向感知
技术实现思路
1、本专利技术提供一种前庭运动感知模拟方法及系统，能够准确模拟人体前庭器官中的耳石器、半规管的运动感知，可同时模拟动态定向和对重力垂直方向的静态定向。
2、为此，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种前庭运动感知模拟方法，所述方法包括：
4、分别建立耳石器模型h(s)oto和半规管模型h(s)scc；
5、综合所述耳石器模型h(s)oto和半规管模型h(s)scc建立前庭运动感知模型；
6、基于所述前庭运动感知模型对人体运动感知进行模拟。
7、可选地，所述耳石器模型h(s)oto为：
8、
9、其中，t1、t2和t3分别为时间常数，kotoo为耳石器模型系数，s为复数变量，表示拉普拉斯变换域中的频率。
10、可选地，所述半规管模型h(s)scc为：
11、
12、其中，t4、t5分别为时间常数，kotoo为半规管模型系数，s为复数变量，表示拉普拉斯变换域中的频率。
13、可选地，所述综合所述耳石器模型h(s)oto和半规管模型h(s)scc建立前庭运动感知模型包括：
14、确定旋转误差gif_err；
15、根据所述耳石器模型h(s)oto、半规管模型h(s)scc和所述旋转误差gif_err建立前庭运动感知模型；
16、所述耳石器模型h(s)oto的输入为比力矢量f，所述比力矢量f为飞机坐标系下的线加速度a和基于所述飞机坐标系下的角速度ω计算得到的重力g的差值；
17、所述半规管模型h(s)scc的输入为所述角速度ω；
18、根据所述耳石器模型h(s)oto的输出确定人感觉到的线加速度aest；
19、根据所述半规管模型h(s)scc的输出和所述旋转误差gif_err确定人感觉到的角速度ωest；
20、根据所述人感觉到的角速度ωest和所述旋转误差gif_err确定人感觉到的重力gest和姿态角angleest。
21、可选地，所述确定旋转误差gif_err包括：基于所述比力矢量f和所述耳石器模型确定旋转误差gif_err。
22、可选地，所述综合所述耳石器模型h(s)oto和半规管模型h(s)scc建立前庭运动感知模型还包括：
23、根据所述人感觉到的姿态角angleest和所述人感觉到的线加速度aest确定第一反馈参数；
24、根据所述第一反馈参数修正所述旋转误差gif_err。
25、可选地，所述综合所述耳石器模型h(s)oto和半规管模型h(s)scc建立前庭运动感知模型还包括：根据所述第一反馈参数修正所述耳石器模型h(s)oto的输出。
26、可选地，所述综合所述耳石器模型h(s)oto和半规管模型h(s)scc建立前庭运动感知模型还包括：
27、根据所述人感觉到的角速度ωest确定第二反馈参数；
28、根据所述第二反馈参数修正所述半规管模型h(s)scc的输出。
29、一种前庭运动感知模拟系统，所述系统包括：
30、模型建立模块，用于分别建立耳石器模型h(s)oto和半规管模型h(s)scc；
31、模型融合模块，用于综合所述耳石器模型h(s)oto和半规管模型h(s)scc建立前庭运动感知模型；
32、运动感知模拟模块，基于所述前庭运动感知模型对人体运动感知进行模拟。
33、可选地，所述模型融合模块包括：
34、旋转误差确定单元，用于确定旋转误差gif_err；
35、融合单元，用于根据所述耳石器模型h(s)oto、半规管模型h(s)scc和所述旋转误差gif_err建立前庭运动感知模型；
36、所述耳石器模型h(s)oto的输入为比力矢量f，所述比力矢量f为飞机坐标系下的线加速度a和基于所述飞机坐标系下的角速度ω计算得到的重力g的差值；
37、所述半规管模型h(s)scc的输入为所述角速度ω；
38、根据所述耳石器模型h(s)oto的输出确定人感觉到的线加速度aest；
39、根据所述半规管模型h(s)scc的输出和所述旋转误差gif_err确定人感觉到的角速度ωest；
40、根据所述人感觉到的角速度ωest和所述旋转误差gif_err确定人感觉到的重力gest和姿态角angleest。
41、本专利技术提供的前庭运动感知模拟方法及系统，综合耳石器、半规管两个通道模型，建立多通道的前庭运动感知模型，半规管通道模型用于模拟人体所感受到的角加速度信息、耳石器通道模型用于模拟人体所感受到的重力和惯性加速度信息，同时模拟动态定向和对重力垂直方向的静态定向，从而可使多通道的前庭运动感知模型能够同时模拟动态定向和对重力垂直方向的静态定向，也就是说，既能够模拟半规管通道的机体坐标系下头部运动的角加速度感知，也能够模拟耳石器模型通道的线加速度和重力加速度的合力感知。利用本专利技术方案，可以准确地模拟人体空间定向感知。
42、进一步地，采用负反馈方式，通过前庭/耳石器估计值不断优化前庭/耳石器中央估计值，提高中央估计值精度；并通过计算比力矢量，基于比力矢量确定前庭估计值与中央估计值之间的旋转误差，修正本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种前庭运动感知模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耳石器模型H(S)oto为：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半规管模型H(S)scc为：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述综合所述耳石器模型H(S)oto和半规管模型H(S)scc建立前庭运动感知模型包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定旋转误差GIF_Err包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述综合所述耳石器模型H(S)oto和半规管模型H(S)scc建立前庭运动感知模型还包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述综合所述耳石器模型H(S)oto和半规管模型H(S)scc建立前庭运动感知模型还包括：
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述综合所述耳石器模型H(S)oto和半规管模型H(S)scc建立前庭运动感知模型还包括：
9.一种前庭运动感知模拟系统，其特征在于，所述系统包括：
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【技术特征摘要】
1.一种前庭运动感知模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耳石器模型h(s)oto为：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半规管模型h(s)scc为：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述综合所述耳石器模型h(s)oto和半规管模型h(s)scc建立前庭运动感知模型包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定旋转误差gif_err包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述综...
【专利技术属性】
技术研发人员：王聪，师国伟，郭大龙，贾宏博，王鹏飞，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军特色医学中心，
类型：发明
国别省市：
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