CN110032273A - 集成到佩戴/携带式平视观察系统的姿势检测子系统的双重协调方法 - Google Patents

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Abstract

一种集成到佩戴/携带式平视观察系统的姿势检测子系统的双重协调方法，包括：‑在第一步骤中，进行N个旋转矩阵的测量以检测与一组不同的瞄准动作Vi相对应的头部的姿势，在所述测量中，观察设备Dv中显示的飞行员/驾驶员信息的一个或更多个不同预设元素与真实外界的一个或更多个相应地标重叠或对准；然后‑在第二步骤中，联合计算DDP跟踪第一元件S1相对于观察设备Dv的相对定向矩阵和/或外部参考设备DRef相对于DDP固定刚性第二元件S2的相对定向矩阵分别计算为右侧偏差旋转矩阵和左侧偏差旋转矩阵它们是双重协调方程组(i从1到N变化)的解。

Description

集成到佩戴/携带式平视观察系统的姿势检测子系统的双重 协调方法
技术领域
本发明涉及一种集成到佩戴/携带式平视观察系统中的DDP(法语表达détectionde posture的首字母缩写)姿势检测子系统的双重协调方法和子系统。
背景技术
佩戴/携带式平视观察系统和姿势检测子系统旨在安装于能够相对于真实外界的参考坐标系移动的运载交通工具上。这些交通工具具体来说是飞行器、军用或民用飞机或者军用或民用直升机。
在任何情况下，姿势检测子系统的目的是使飞行员/驾驶员或佩戴/携带式平视观察系统可获得跟踪的移动刚性第一元件S1与固定刚性第二元件S2之间的角度定向或相对旋转，所述跟踪的移动刚性第一元件与飞行员的头部相关联，所述固定的刚性第二元件S2与飞行器平台的坐标系、或与本地地理坐标系、或与地面坐标系相关联。
通常，姿势检测子系统被配置成使得飞行员/驾驶员或引导/驾驶系统可获得关于以下元件之间的相对三维3D旋转的信息：
一方面，所述DDP姿势检测系统的跟踪移动第一元件S1，所述元件是刚性的并能够以三个旋转角度定向，并且具有与透明观察设备Dv固定地连接的第一正交坐标系RS1，允许同时在被称为观察或瞄准坐标系的坐标系Rv中显示飞行员/驾驶员信息(图像、符号、指令、标线)以及观察真实外界的对象；以及
另一方面，所述DDP姿势检测子系统的固定第二元件S2，所述元件是刚性的，具有第二正交坐标系RS2并且固定地连接到具有标示为Rref的所谓参考坐标系的参考设备Dref，并且能够是运载交通工具的坐标系，或本地地理坐标系，或地面坐标系。
按照定义，DDP姿势检测子系统的可定向刚性第一元件S1与观察和瞄准设备Dv之间的“固定”连接是刚性连接，其确保允许从附接到姿势检测子系统的可定向跟踪刚性第一元件S1的第一正交坐标系RS1变换到观察和瞄准坐标系Rv的旋转矩阵是在时间上不变的旋转矩阵。
根据定义，DDP姿势检测子系统的刚性第二元件S2与固定参考设备Dref之间的“固定”连接是刚性连接，其确保允许从附接到姿势检测子系统的固定刚性第二元件S2的第二正交坐标系RS2变换到固定坐标系Rref的旋转矩阵是在时间上不变的旋转矩阵。
通常，固定参考坐标系Rref是这样的坐标系，其中，在与观察和瞄准系相关联的观察和对准坐标系Rv中期望观察的对象的坐标为已知的。然后，DDP姿势检测子系统允许将真实或虚拟对象从参考坐标系“投影”到观察坐标系中。具体地，如果此系统是透明的，则可以将投影的对象叠加在它们的真实图像上，因此称为相符投影。
在任何情况下，寻求传递给飞行员/驾驶员或引导/驾驶设备的适用输出信息DDP适用(即飞行员/驾驶员的头盔/耳机的瞄准器的坐标系Rv与参考坐标系Rref之间的旋转)不同于由DDP姿势检测系统计算的原始输出DDP原始(即固定地连接到指向和观察坐标系Rv的第一正交坐标系RS1与固定地连接到参考坐标系Rref的第二正交坐标系RS2之间的测得的和计算的旋转矩阵)。
通常，由姿势检测系统通过其矩阵计算的旋转DDP原始是不精确的，即不同于飞行员/驾驶员的头盔/耳机的瞄准器的坐标系Rv与参考坐标系Rref之间的实际旋转，此旋转也被称为适用输出旋转DDP适用。
由DDP姿势检测系统计算的计算所得原始输出旋转DDP原始特别是由于以下原因而不精确，这些原因彼此不排斥，可能有多种能够适用：
-由DDP姿势检测系统计算的原始输出DDP原始(其表示DDP的可定向第一元件S1的第一坐标系RS1与DDP的刚性第二元件S2的第二坐标系RS2之间的旋转)不同于飞行员/驾驶员的头盔/耳机的瞄准器或指向设备的瞄准器的期望坐标系Rv之间的适用输出旋转DDP适用；
-计算所得原始输出DDP原始仅部分确定，其中一个或更多个矩阵分量缺失；
-计算所得原始输出DDP原始已经因偏差或偏移的出现而改变，例如在震动或老化或对准设置不良后。
目前，为了使计算所得原始输出DDP原始更准确，已知进行校正对准，但这些校正对准是部分的，仅适用于单个偏差或单个识别的未知，并且假设只存在这一个偏差缺陷。
另外，当例如通过观察不相符而观察到姿势检测误差时，根据情况会难以或甚至不可能识别误差并校正计算所得原始输出DDP原始，这是因为姿势检测缺陷通过计算所得原始输出矩阵DDP原始的双重可能改变而局部地表达本身；即一个在DDP原始的左侧，通过表示为的左旋转矩阵表示，而一个在DDP原始的右侧，通过表示为的右旋转矩阵表示；旋转矩阵DDP适用、DDP原始、和通过以下关系相关：
其中适用输出矩阵DDP适用、原始输出矩阵DDP原始、左旋转矩阵和右旋转矩阵分别满足以下关系：
目前，提出的协调原始输出矩阵DDP原始的解决方案由至少包含两个步骤的复杂算法组成，每个步骤对应于原始输出矩阵的有限数量的分量的部分协调，未协调的其余分量需要完全已知，否则残余缺陷会改变正在进行的协调的结果。因此，不可能实现缺陷的双重优化。换句话说，目前提出和实施的协调方法是分别确定左、右两个旋转矩阵和的复杂方法，因此不允许对缺陷进行双重优化。
此外，当前的协调方法过度使用三角函数，三角函数是不精确和多个误差的来源，并且对于协调姿势检测系统的原始输出是不需要的。
发明内容
本发明所解决的技术问题是弥补上述缺点，并提供一种由姿势检测系统测量和计算的原始输出旋转的双重协调方法，所述方法以全局方式，即同时地，确定左右旋转矩阵和。
具体地，技术问题是提供一种由姿势检测系统测量和计算的原始输出旋转矩阵的全局协调方法，所述姿势检测系统在不知道改变源的情况下实现单组测量站。
所提供的解决方案允许通过单组测量来计算适用DDP输出，无论预先是否知道改变的起源。
为此目的，本发明的一个主题是一种集成到佩戴/携带式平视观察系统中的DDP姿势检测子系统的双重协调方法，所述佩戴/携带式平视观察系统位于运载交通工具上并且包括：透明的佩戴/携带式平视观察设备Dv，具有外部参考坐标系Rref的外部参考设备Dref，所述外部参考坐标系可能是运载交通工具的坐标系或本地地理坐标系或地面坐标系；DDP姿势检测子系统，其包括刚性且固定地附接到观察设备Dv的跟踪刚性第一元件S1、固定地接合到参考设备Dref的固定刚性第二元件S2，以及用于测量和确定跟踪移动第一元件S1相对于固定第二元件S2的相对定向的装置；双重协调子系统，其用于协调佩戴/携带式平视观察系统和DDP姿势检测子系统。
所述双重协调方法的特征在于它包括以下步骤：
-在第一步骤中，对应于不同瞄准动作Vi(i从1到N变化)，执行DDP姿势检测子系统的跟踪移动第一元件S1相对于固定第二元件S2的相对定向(i从1到N变化)的预设数目N的一系列测量，在所述测量中，观察设备Dv中显示的飞行员/驾驶员信息的一个或更多个不同预设元素与真实外界的一个或更多个相应地标重叠或对准，所述地标在外部参考坐标系中的理论旋转矩阵是已知的；然后
-在第二步骤中，并且使用双重协调算法，联合计算姿势检测子系统的跟踪第一元件S1相对于观察设备Dv的相对定向矩阵和/或外部参考设备DRef相对于姿势检测子系统的固定刚性第二元件S2的相对定向矩阵分别计算为右侧偏差旋转矩阵和左侧偏差旋转矩阵它们是双重协调方程组 的联合解，i从1到N变化。
根据具体实施例，DDP姿势检测子系统的双重协调方法包括单独或组合实施的以下特征中的一个或更多个：
-所需的最小测量数目N取决于平视观察系统的旋转矩阵和的错误或不可使用的角度自由度的数目L，所述数目L是大于或等于1且小于或等于6的整数，方程组(i从1到N变化)的解使用校正算子π(.)以确定右侧旋转和左侧旋转校正算子π(.)将任何给定的矩阵A转换为3×3矩形旋转矩阵π(A)，所述π(A)是所有3×3旋转矩阵中在以下意义上最接近矩阵A的：矩阵π(A)-A的所有项的平方和最小；
-在第一配置中，右侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三，并且左侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三，第一步骤执行大于或等于3的测量数目N，对于这些测量，瞄准动作Vi对应于所显示的三维参考标记与观察到的外部三维参考标记的对准，并且求解双重协调方程组的第二步骤包括第一组子步骤，第一组子步骤包括：在第一子步骤中，将N次测量中的第一次测量选择为“主元”(pivot)测量，此主元测量对应于i等于1，并且对于i＝2,…,N，使用方程和计算旋转矩阵和然后在第二子步骤中，针对i＝2,…,N，确定旋转和的主要单位矢量，分别由和指定；然后在第三子步骤中，使用方程计算右矩阵然后在第四子步骤中，根据在第三子步骤中计算的矩阵使用以下方程确定左侧旋转矩阵
-在第二配置中，右侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三，并且左侧偏差旋转矩阵的单个错误或不可使用的角度自由度是方位角，假设已知仰角和侧倾角具有足够的精度；第一步骤执行大于或等于4的测量数目N，对于这些测量，瞄准动作Vi对应于所显示的三维参考标记与观察到的三维参考标记的对准；并且求解双重协调方程组的第二步骤包括第二组子步骤，第二组子步骤包括：在第四子步骤中，对于i＝2,…,N，使用方程和计算矩阵和矢量矢量由方程定义；然后在初始化第五子步骤中，通过设置等于I3(I3是单位矩阵)，初始化矩阵的第一序列[s]指定遍历序列的当前整数项数；然后重复迭代的第六子步骤，其中使用以下方程，通过计算矢量值然后计算第一矩阵序列的值从迭代[s]推导至迭代[s+1]：
序列是矢量的辅助第二序列，序列收敛于并且当以由预设阈值定义的足够精度近似极限时，在第七子步骤中停止贯穿第六子步骤执行的迭代过程；
-在第三配置中，右侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三，且左侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三；并且第一步骤执行大于或等于4的测量数目N，对于这些测量，瞄准动作Vi对应于多个不同瞄准方向与参考外部坐标系RRef中已知的多个目标外部方向的对准，不经过侧倾调节，矢量族和都是不相关的；并且求解双重协调方程组(i从1到N变化)的第二步骤包括第三组的以下的子步骤，包括：在初始化第八子步骤中，通过设置等于I3(I3是单位矩阵)，初始化左侧矩阵的第一序列[s]指定遍历此第一序列的整数项数；然后重复迭代的第九子步骤，其中使用以下方程，通过计算矩阵然后矩阵从迭代[s]推导至迭代[s+1]：
序列是右矩阵的第二序列，序列和分别收敛于和并且当以足够精度近似极限和时，在第十停止子步骤中停止贯穿第九子步骤执行的迭代过程；
-在第四配置中，右侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三，且假设左侧偏差旋转矩阵已知；并且第一步骤执行大于或等于3的测量数目N，对于这些测量，瞄准动作Vi对应于N个不同瞄准方向与同一个目标外部方向(所述目标方向在参考外部坐标系RRef中已知)的对准，不经过侧倾调节，矢量族是不相关的；并且求解双重协调方程组(i从1到N变化)的第二步骤通过以下方程确定右偏差旋转矩阵
-在第五配置中，右侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三，且假设左侧偏差旋转矩阵已知；并且第一步骤执行大于或等于4的测量数目N，对于这些测量，瞄准动作Vi对应于N个不同瞄准方向与同一个未知的目标外部方向的对准，不经过侧倾调节，矢量族是不相关的；并且求解双重协调方程组(i从1到N变化)的第二步骤包括第五组子步骤，第五组子步骤包括：在初始化第十一子步骤中，通过设置等于I3(I3是单位矩阵)，初始化右矩阵的第一序列[s]指定遍历序列的整数项数；然后重复迭代的第十二子步骤，其中使用以下方程，通过计算矢量然后计算矩阵从迭代[s]推导至迭代[s+1]：
序列是外部方向矢量的第二序列，序列和分别收敛于和并且当以由一个或两个预设阈值定义的足够精度近似极限和时，在第十三停止子步骤中停止贯穿第十二子步骤执行的迭代过程；
-在第六配置中，右侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三，且左侧偏差旋转矩阵是未知的且不确定的；并且第一步骤执行大于或等于4的测量数目N，对于这些测量，瞄准动作Vi对应于N个不同瞄准方向与同一个未知的目标外部方向的对准，不经过侧倾调节，矢量族是不相关的，第一步骤还将双重协调方程组的解(i从1到N变化)简化为简化的双重协调方程组的解(i从1到4变化)，记并且求解简化的双重协调方程组的第二步骤包括第六组子步骤，包括：在初始化第十四子步骤中，通过设置等于I3(I3是单位矩阵)，初始化右矩阵的第一序列[s]指定遍历序列的整数项数；然后重复迭代的第十五子步骤，其中使用以下方程，通过计算矢量然后计算第一矩阵序列的矩阵从迭代[s]推导至迭代[s+1]：
序列是矢量的辅助第二序列，序列收敛于并且当以由预设阈值定义的足够精度近似极限时，在第十六停止子步骤中停止贯穿第十五子步骤执行的迭代过程；
-在第七配置中，左侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三，且假设右侧偏差旋转矩阵已知；并且第一步骤执行大于或等于3的测量数目N，对于这些测量，瞄准动作Vi对应于同一个已知瞄准方向与N个已知目标外部方向的对准，不经过侧倾调节，矢量族是不相关的；并且求解双重协调方程组(i从1到N变化)的第二步骤使用方程 确定寻求的左旋转矩阵
-在第八配置中，左侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三，且假设右侧偏差旋转矩阵已知；并且第一步骤执行大于或等于4的测量数目N，对于这些测量，瞄准动作Vi对应于同一个已知瞄准方向与N个已知目标外部方向的对准，不经过侧倾调节，矢量族是不相关的；并且求解双重协调方程组(i从1到N变化)的第二步骤包括第八组子步骤，包括：在第十七子步骤中，将初始化设置为等于I3(I3是单位矩阵)，初始化左侧矩阵的第一序列[s]指定遍历序列的整数项数；然后重复迭代的第十八子步骤，其中使用以下方程，通过计算矢量然后矩阵从迭代[s]推导至迭代[s+1]：
序列是瞄准方向矢量的第二序列，序列和分别收敛于和并且当以由一个或两个预设阈值定义的足够精度近似极限和任选地时，在第十九停止子步骤中停止贯穿第十八子步骤执行的迭代过程；
-平视观察系统旨在安装于运载交通工具上，所述运载交通工具包括在所有飞行器、飞机、直升机、机动车和机器人的集合中。
本发明的另一主题是一种位于运载交通工具上的佩戴/携带式平视观察系统，其包括：透明的佩戴/携带式平视观察设备Dv，具有参考坐标系Rref的参考设备Dref，所述参考坐标系可能是运载交通工具的坐标系或本地地理坐标系或地面坐标系；DDP姿势检测子系统，其包括刚性且固定地附接到观察设备Dv的跟踪刚性第一元件S1、固定地接合到参考设备Dref的固定刚性第二元件S2，以及用于测量和确定跟踪移动第一元件S1相对于固定第二元件S2的相对定向的装置；双重协调子系统，其用于协调平视观察系统和DDP姿势检测子系统，所述双重协调子系统包括双重协调处理器和用于管理协调测量的获取的HMI界面。
所述佩戴/携带式平视观察系统的特征在于，所述双重协调子系统和所述DDP姿势检测子系统被配置成：
-在第一步骤中，对应于不同瞄准动作Vi(i从1到N变化)，执行DDP姿势检测子系统的跟踪移动第一元件S1相对于固定第二元件S2的相对定向(i从1到N变化)的预设数目N的一系列测量，在所述测量中，观察设备Dv中显示的飞行员/驾驶员信息的一个或更多个不同预设元素与真实外界的一个或更多个相应地标重叠或对准；然后
-在第二步骤中，并且使用双重协调算法，联合计算姿势检测子系统的跟踪第一元件S1相对于观察设备Dv的相对定向矩阵和/或外部参考设备DRef相对于姿势检测子系统的固定刚性第二元件S2的相对定向矩阵分别计算为右侧偏差旋转矩阵和左侧偏差旋转矩阵它们是双重协调方程组 的联合解，i从1到N变化。
根据具体实施例，平视观察系统包括单独或组合实施的以下特征中的一个或更多个：
-所需的最小测量数目N取决于平视观察系统的旋转矩阵和的错误或不可使用的角度自由度的数目L，所述数目L是大于或等于1且小于或等于6的整数，方程组(i从1到N变化)的解使用校正算子π(.)以确定右侧旋转和左侧旋转校正算子π(.)将任何给定的矩阵A转换为3×3矩形旋转矩阵π(A)，所述π(A)是所有3×3旋转矩阵中在以下意义上最接近矩阵A的：矩阵π(A)-A的所有项的平方和最小。
-双重协调子系统和DDP姿势检测子系统被配置成实施如上所述的第一步骤和第二步骤。
本发明的另一主题是一种运载交通工具，所述运载交通工具包括在所有飞行器、飞机、直升机、机动车和机器人的集合中，并且在所述运载交通工具中安装了例如上文所定义的佩戴/携带式平视观察系统。
附图说明
通过阅读以下对多个实施例的描述将更好地理解本发明，这些实施例仅作为示例给出并且参考附图，附图中：
-图1是根据本发明的佩戴式平视观察系统的总体视图，所述平视观察系统允许双重协调作为所述平视观察系统的组成部分的姿势检测子系统；
-图2是集成到佩戴式平视观察系统中的姿势检测子系统的双重协调方法的总体流程图；
-图3是根据本发明的双重协调方法的第一特定实施例的流程图；
-图4是根据本发明的双重协调方法的第二特定实施例的流程图；
-图5是根据本发明的双重协调方法的第三特定实施例的流程图；
-图6是根据本发明的双重协调方法的第四特定实施例的流程图；
-图7是根据本发明的双重协调方法的第五特定实施例的流程图；
-图8是根据本发明的双重协调方法的第六特定实施例的流程图；
-图9是根据本发明的双重协调方法的第七特定实施例的流程图；
-图10是根据本发明的双重协调方法的第八特定实施例的流程图。
具体实施方式
根据图1，根据本发明的平视观察系统2，即旨在安装于飞行器等可移动运载交通工具上的系统，包括以下设备和装置：
-透明佩戴式平视观察或显示设备12，位于飞行员的眼睛前方并且能够为他提供瞄准器的例如标示为Dv的透镜；
-标示为Dref的参考设备14，其具有标示为Rref的参考坐标系，所述参考坐标系可以是运载交通工具的坐标系，或本地地理坐标系，或地面坐标系；
-DDP姿势检测子系统16，其包括：
成角度跟踪的移动刚性第一元件18S1，其刚性地附接到飞行员的头部或头盔，并且固定地或刚性地附接到观察设备12Dv；
固定刚性第二元件20S2，其固定地连接到参考设备14Dref，以及
用于测量和确定跟踪移动第一元件18S1相对于固定第二元件22S2的相对定向的装置26，其固定地连接到参考设备14Dref，所述相对定向还表示为
-双重协调子系统32，用于协调平视观察系统2和DDP姿势检测子系统16的组件，所述双重协调子系统32包括双重协调处理器34和人-系统界面38，其被配置成在实施根据本发明的双重协调方法期间执行和管理操作员或飞行员与平视观察系统2的组件之间的界面操作。
下面，为简单起见，表示为“Ri”的坐标系将表示为“i”。
下面，旋转矩阵符号将简化为符号因此，例如，矩阵将更简单地表示为矩阵
下面，使坐标系“i”相对于另一个坐标系“j”的相对定向已知的装置在本文件的其余部分被认为等同于描述此定向的矩阵。具体地，坐标系“i”相对于另一个坐标系“j”的定向可以通过以下方式描述：
-三个所谓的欧拉角，通常在航空学中对应于以下角度的旋转顺序：
*方位角：绕z轴旋转，朝向下(或朝向地球)定向；
*仰角：绕y轴旋转，朝向右(或朝向地球的东侧)定向；
*侧倾角：绕x轴旋转，朝向前(或朝向地球的北方)定向，
-或描述此旋转的3×3矩阵。
描述坐标系“i”相对于“j”(或从“i”到“j”)的相对定向的矩阵允许坐标系“i”中的矢量的表达式vi通过以下关系与坐标系“j”中相同矢量的表达式vj相关：vi＝M(i/j)*vj，并且坐标系“i”、“j”和“k”之间的变换关系写为：
DDP姿势检测子系统16的跟踪移动刚性第一元件S1 18与瞄准和观察设备12Dv之间的固定连接是假定为刚性的第一连接42，并且确保允许从附接到DDP姿势检测子系统16的可定向刚性第一元件S1的第一正交坐标系RS1变换到瞄准和观察坐标系Rv的旋转矩阵是在时间上不变的旋转矩阵。
DDP姿势检测子系统16的刚性第二元件20S2与固定参考设备14Dref之间的固定连接是第二刚性连接，其确保允许从固定坐标系Rref变换到附接至DDP姿势检测子系统16的固定刚性第二元件S2的第二正交坐标系RS2的旋转矩阵是在时间上不变的旋转矩阵。
一般来说，固定参考坐标系Rref是这样的坐标系，其中，在与观察和瞄准设备12Dv相连的观察和对准坐标系Rv中期望观察的对象的坐标为已知的。然后，DDP姿势检测子系统16允许将真实或虚拟对象从参考坐标系“投影”到观察坐标系中。具体地，如果观察设备12Dv是透明的，则可以将投影的对象叠加在它们的真实图像上，因此称为相符投影。
在任何情况下，寻求传递给飞行员或引导设备的适用输出信息DDP适用(即飞行员的头盔的瞄准器的坐标系Rv与参考坐标系Rref之间的旋转)不同于由DDP姿势检测系统计算的原始输出DDP原始(即经由第一连接42固定地连接到瞄准和观察坐标系Rv的第一正交坐标系RS1与经由第二连接44固定地连接到参考坐标系Rref的第二正交坐标系RS2之间的测得的和计算的旋转矩阵)。
然后，寻求传递给飞行员或引导设备的适用信息DDP适用和由DDP姿势检测子系统计算的原始输出DDP原始通过以下关系相关：
上述关系从以下关系中推断得来：
在本发明的双重协调方法中，假设左侧和右侧误差矩阵和是在时间上不变的矩阵和旋转矩阵。
通过以下方式可能确定这些左、右误差矩阵和
-使用一个或更多个不同的虚拟或真实地标(在参考坐标系中其姿势已知为真实的旋转矩阵DDP适用)，提供由姿势检测系统执行的对应于各种测量站、即不同的瞄准或指向方向的N次定向测量DDP原始，
-用于求解双重协调方程组的算法：
i从1到N变化。
这些算法基于允许任何给定的(并且在实践中可逆的)矩阵A被“校正”为旋转矩阵的数学方法。
校正包括在所有旋转矩阵的集合中找到π(A)，所述π(A)是所有3×3旋转矩阵中在以下意义上最接近矩阵A的：矩阵π(A)-A的所有项的平方和最小。π(A)称为A的校正形式，并且π(.)是校正算子。
平视观察系统被配置成尤其通过双重协调子系统16实现根据本发明的双重协调方法的下文描述的所有实施例。
根据图2，一般地，用于双重协调集成到平视观察系统2中的DDP姿势检测子系统16或由检测子系统测得和计算的任何输出旋转矩阵的方法52包括依次执行的第一步骤54和第二步骤56。
在测量获取的第一步骤54中，获取数目N的定向测量或输出矩阵DDP原始(i)，下文表示为i从1到N变化并且是每个测量的识别下标。
矩阵(i从1到N变化)的测量对应于各种测量站，或对应于使用一个或更多个不同的真实地标的不同瞄准动作Vi，以及理论上已知的预期的适用DDP值DDP适用(i)，下文标示为
对于每个测量站或瞄准动作Vi，由DDP姿势检测子系统16计算的输出旋转值和预期适用旋转值通过协调系统的本构关系相关。
在第二步骤56中，通过求解双重协调方程组来联合确定在时间上不变的左、右偏差矩阵和
i从1到N变化。
应该注意的是，以本文没有详细描述的任何方式，首先了解一定数目的测量，这些测量由三个矢量或三维矩阵完全定义，或者仅在严格低于9的一定数目的矩阵系数上部分定义，其次是了解与相应测量站相关的理论值，这些值也是完全或部分已知的。
因此，对于每个测量站或瞄准行动Vi，获取的三个自由度中的全部或一部分，以及的三个自由度中的全部或一部分。
测量标准地由DDP子系统提供的旋转矩阵组成，因此包含三个传递的自由度。在实践中，DDP子系统可以仅传递两个，或甚至仅单个自由度的解法也能实现求解，虽然可能测量站的数目增加。
只要获取足够数目的测量，即从数学角度来看使得方程组的秩足够的数目，根据本发明的全局协调方法所使用的π校正技术就能实现确定未知的旋转矩阵和
由于所使用的校正技术，双重协调方法基于三个特定的数学工具，标示为O1、O2和O3，它们单独或组合地允许求解每一个可解测量站配置。
根据第一工具O1，当给定标示为的旋转矩阵的序列和标示为的归一化矢量的序列使得乘积是常数矢量时，则此常数矢量的最佳值由下式给出：
为了能够使用第一工具O1，允许求解协调问题的所需最小数目的测量配置等于1，条件是满足以下数学约束：
根据第二工具O2，当给出两个矢量序列和使得第二序列是通过应用常数旋转而找到的第一序列的像时，则此常数旋转的最佳值由以下方程定义：
其中(.)T是转置算子。
为了能够使用第二工具O2，允许求解协调问题的所需最小数目的测量配置等于2，条件是两个矢量族或序列和中的每一个都是不相关的。
根据第三工具O3，当给出在数学上等于常数旋转的旋转矩阵的序列时，则此旋转的最佳值由以下方程定义：
为了能够使用第三工具O3，允许求解协调问题的所需最小数目的测量配置等于1，条件是满足以下数学约束，即不是零矩阵。
在图3中，并且在形成第一协调方法配置102的标准配置中，在第一步骤104中执行预设数目N的原始DDP旋转矩阵测量每个测量由其遍历下标“i”识别，i介于1与N之间。
每个测量“i”对应于不同的测量站，其中指向设备或瞄准设备的第一三维3D参考标记(例如，对应于标线)与相对于固定坐标系Rref固定的外部物体的第二三维3D参考标记对准，因此考虑三个自由度。例如，对应于在头盔瞄准器的坐标系中的已知位置的三维3D图像与在固定参考坐标系Rref中的已知位置的预设真实外部景观的对准，飞行员头盔的已知或预设姿势由外部装置(例如机器人或视频观测摄像机)捕获，所述装置耦合到用于收集相对于参考坐标系的旋转的输出的装置。
这里假设对于由从1到N变化的下标“i”识别的N个测量(即计算所得的旋转矩阵)的序列，相应的理论矩阵是完全已知的。
在这种情况下，并且根据本发明的双重协调方法，有必要求解以下方程组：
其中i从1到N变化。
在第二步骤106中，通过实施第一组112的第一、第二和第三子步骤114、116、118来简化并求解上述方程组。
在第一子步骤114中，选择“主元”测量，例如对应于i等于1的第一测量。
然后可以验证对于i＝2,…,N：
因此，记且有可能写出：
在第一子步骤114中，因此利用方程和针对i＝2,,计算旋转矩阵和
接下来，在第二子步骤116中，利用后面的方程在数学上等效于的事实来完成方程组(i从1到N变化)的简化，其中和分别是旋转和的主要单位矢量。
因此，在第二子步骤116中，对于i＝2,…,N，以已知的方式确定旋转和的主要单位矢量，所述矢量分别标示为和
接下来，在第三子步骤118中，使用以下方程计算右矩阵
其中π(.)是校正或投影算子，它将任何给定的矩阵A转换为3×3矩形旋转矩阵π(A)，所述π(A)是所有3×3旋转矩阵中在以下意义上最接近矩阵A的：矩阵π(A)-A的所有项的平方和最小。
接下来，在第四子步骤120中，使用以下方程基于在第三子步骤118中计算的矩阵确定左侧旋转矩阵
应注意，投影π的数学研究表明，N次测量中主元的选择不会影响协调的最终结果。
还应注意，投影π的数学研究表明，关于是否首先确定或的选择也没有影响；能够通过使来消除开始并同样进行求解。
能够校正达六个自由度的此第一配置102通过运算约束要求测量的最小数目N大于或等于3，并且旋转轴对于下标“i”的至少三个不同值是不同的。
在图4中且在相对于标准配置102降级的第二配置202中，实现获取测量的第一步骤204。此第一步骤204实现获取旋转矩阵的N个测量的相同的第一步骤104，所述矩阵用与标准配置的测量站相同的测量站计算，但是在此假设对于计算所得的矩阵方位角值不精确或不计算或者任何不可利用的情况。
通过在第一步骤中写入对于从1到N变化的任何i，矩阵可以分解为在数学上表示方位角值的这种了解缺失，其中
是方位角的基本形式的未知旋转矩阵：
并且
是已知旋转矩阵。
因此，一般起始方程变为：
i从1到N变化。
在第二步骤206中，通过实现以下子步骤的第二子集212，简化并求解上述方程组以确定右偏差矩阵
在第四子步骤214中，创建主元测量，例如对应于i等于1的主元第一测量。
对于i＝2,…,N，可以验证
对于i＝2,…,N，记(其是方位角的基本形式的未知旋转矩阵)，并且得到以下方程组：。
i从2到N变化。
为了消除未知矩阵在第二子步骤中利用所述矩阵具有方位角的基本形式并且因此使矢量不变的事实，即它们遵循以下方程：
i从2到N变化。
因此，对于每一个i＝2,…,N，其将写为：
记：其因此是未知矢量，而则是已知矢量，获得以下待求解的方程组：
对于每一个i＝2,…,N。
在相同的第四子步骤214中，对于i＝2,…,N，使用以下方程计算矩阵和矢量
并且
接下来，在第五、第六和第七子步骤216、218、220中，使用第一工具O1和第三工具O3迭代地求解对于每一个i＝2,…,N的方程组
在第五步骤216中，通过设置等于I3(I3是单位矩阵)，初始化矩阵的第一序列[s]指定序列的项的当前下标。
接下来，在迭代的第六子步骤218中，使用以下递归关系，通过计算矢量值然后计算第一矩阵序列的值从迭代[s]推导至迭代[s+1]：
被计算为收敛的序列的极限或近似极限。
在第七子步骤220中，当以由预设阈值定义的足够精度近似极限时，停止贯穿第六子步骤218执行的迭代过程。
接下来，在第二步骤206中，
通过在右侧创建主元而通过实现类似于第二组212的一组子步骤来简化并求解方程组i从1到N变化，以确定左偏差矩阵
作为运算约束，此第二配置202要求测量的最小数目N大于或等于4，并且旋转轴对于下标“i”的至少三个不同值是不同的。
在图5中且在相对于标准第一配置102降级的第三配置302中，实现获取测量的第一步骤304，其中通过DDP姿势检测子系统16执行原始旋转矩阵的N次测量。
原始旋转矩阵(i从1到N变化)的这些测量对应于瞄准动作Vi，其中用作瞄准器的观察设备Dv的多个不同瞄准方向分别与参考外部坐标系RRef中已知的多个不同方向对准，不经过侧倾调节，即头部不绕瞄准器旋转。
例如，飞行员利用在瞄准器Dv上显示的各种十字形标线不通过侧倾调节而瞄准在参考外部坐标系RRef中已知的各种预设方向。
在此测量第一步骤304中，由姿势检测子系统16测量和计算的N个旋转矩阵是完全已知的，即它们的所有分量都是已知的。归一化或方向矢量的两个族和也认为都是不相关的，并且允许将普通双重协调方程组简化为特定双重协调方程组：
i从1到N变化。
接下来，在第二步骤306中，通过使用两次第二工具O2并且通过实现第三组312的后续子步骤来简化并迭代地求解双重协调方程组其中i从1到N变化。
在第八子步骤314中，通过设置等于I3(I3是单位矩阵)，初始化左矩阵的第一序列[s]指定遍历此第一序列的整数项数。
接下来，重复迭代的第九子步骤316，在该子步骤中使用以下方程，通过计算矩阵值然后计算矩阵值从迭代[s]推导至迭代[s+1]：
序列是右矩阵的第二序列。
序列和分别收敛于和
在第十子步骤318中，当以足够精度近似极限和时，停止贯穿第九子步骤316执行的迭代过程。
作为运算约束，此第三配置要求测量的最小数目N大于或等于4，并且矢量族和都是不相关的。
在图6中且在相对于标准第一配置102降级的第四配置402中，实现获取原始旋转矩阵的N次测量的第一步骤404。
由姿势检测子系统测量的N次原始旋转矩阵对应于比在第三配置302中执行的瞄准动作更受约束的多个瞄准动作Vi。
第四配置402的瞄准动作Vi对应于瞄准器Dv的N个不同瞄准方向与同一个方向(所述方向在外部参考坐标系Rref中已知)的对准，不经过侧倾调节，即头部不绕瞄准器旋转。例如，飞行员利用瞄准器的各种十字形标线不经过侧倾调节而瞄准同一个预设方向，所述方向在参考外部坐标系中已知。
那么，在此第四配置402中，仅可以计算右偏差旋转矩阵并且假设左偏差旋转矩阵是已知的。
在此测量第一步骤404中，由姿势检测子系统16测量和计算的N个旋转矩阵是完全已知的，即它们的所有分量都是已知的。假设瞄准器的归一化或方向矢量族是不相关的，并且目标外部单位矢量是已知的且左偏差旋转矩阵是已知的，则一般双重协调方程组简化为特定双重协调方程组：
i从1到N变化。
因此，仅寻求右偏差旋转矩阵
接下来，在第二步骤406中，简化并求解双重协调方程组其中i从1到N变化，并且通过以下方程确定寻求的右矩阵
作为运算约束，此第四配置要求测量的最小数目N大于或等于3，并且矢量族为不相关的。
应注意，利用第四配置402的瞄准方法，在知道的情况下，不可能计算具体来说，知道很容易证明族中适当选择的自由度将使算子 成为可逆的，即秩为3，因此，通过其校正，可以找到相反，如果假设是已知的，则必须是算子的校正形式；然而，在最好的情况下，此算子的秩是1，并且因此而秩不足；这是由于其图像是零或简化为由表示的直线。
在图7中且在相对于标准第一配置102降级的第五配置502中，执行获取N次测量的第一步骤，其中通过姿势检测设备计算N次旋转矩阵
N次计算的旋转矩阵对应于N个测量站或目标动作Vi，其与第四配置402的不同之处在于目标外部方向的坐标是未知的。
第五配置502的瞄准动作Vi对应于瞄准器Dv的N个不同瞄准方向与同一个外部方向(所述方向的坐标未知)的对准，不经过侧倾调节，即头部不绕瞄准线旋转。例如，飞行员利用瞄准器的各种十字形标线未经过侧倾调节而瞄准同一个未知外部方向。
在此第五配置中，仍然可能仅计算右旋转矩阵但是如果希望这样做，也可以计算外部瞄准方向的坐标。
在此测量第一步骤504中，由姿势检测子系统16测量和计算的N个旋转矩阵是完全已知的，即它们的所有分量都是已知的。假设归一化或方向矢量族也是不相关的，并且目标外部单位矢量是未知的且左偏差旋转矩阵是已知的，则普通双重协调方程组简化为特定双重协调方程组：
i从1到N变化。
可以仅确定右旋转矩阵并且如果需要目标外部方向(在参考外部坐标系RRef中表示了所述方向)。
在第二步骤506中，通过实施第五组512的后续第十一步骤514、第十二步骤516和第十三步骤518，迭代地求解双重协调方程组i从1到N变化。
在第十一子步骤514中，通过设置等于I3(I3是单位矩阵)，初始化右矩阵的第一序列[s]指定遍历序列的整数项数。
接下来，重复迭代的第十二子步骤516，该子步骤中使用以下方程，通过计算矢量然后计算矩阵从迭代[s]推导至迭代[s+1]：
序列是外部方向矢量的第二序列。
序列和分别收敛于和
在第十三步骤518中，当以由一个或两个预设阈值定义的足够精度近似极限和时，停止贯穿第十二子步骤516执行的迭代过程。
作为运算约束，此第五配置要求测量的最小数目N大于或等于4，并且矢量族是不相关的。
在图8中且在相对于标准第一配置102降级的第六配置602中，执行获取N次测量的第一步骤604，其中通过姿势检测设备16计算N次旋转矩阵
这里N次计算的旋转矩阵对应于N个目标动作Vi，所述目标动作与第五配置502的N个目标动作的相同之处在于，目标方向的N个对准与同一个目标外部方向一起执行，不经过侧倾调节，并且目标外部方向是未知的，但是与第五配置502的不同之处在于左偏差旋转矩阵是未知的。
在此第六配置602中，仍然可能仅计算右旋转矩阵但是也可能计算未知的外部瞄准方向的坐标。
假设N个测量和计算的旋转矩阵是完全已知的，即它们的所有分量都是已知的。瞄准器的已知归一化或方向矢量族和目标外部方向的未知单位矢量在双重协调方程组中是相关的：对于每个i＝1到N，矩阵是未知的，并且只能确定右偏差旋转矩阵
对于i等于1到N，记方程简化为以下双重协调方程组：
i等于1到N。
在第二步骤604中，通过实现第六组612的以下子步骤迭代地求解方程组(i从1到N变化)与
在第十四子步骤614中，通过设置等于I3(I3是单位矩阵)，初始化右矩阵的第一序列[s]指定遍历序列的整数项数。
接下来，重复迭代的第十五子步骤616，该子步骤中使用以下方程，通过计算矢量然后计算矩阵从迭代[s]推导至迭代[s+1]：
序列是外部方向矢量的辅助第二序列，并且序列收敛于
接下来，在第十六步骤616中，当以由阈值定义的足够精度近似极限时，停止贯穿第十五子步骤614执行的迭代过程。
作为运算约束，此第六配置602要求测量的最小数目N大于或等于4，并且矢量族是不相关的。
正如在第五配置502中一样，利用此瞄准方法602，不可能在已知时计算
在图9中且在相对于标准第一配置降级的第七配置702中，实现获取N次测量的第一步骤704，其中通过姿势检测子系统16计算原始DDP旋转矩阵的N次测量。
N个测量和计算的旋转矩阵对应于N个瞄准动作Vi(i从1到N变化)，其中瞄准器上的同一个瞄准方向与多个目标或瞄准或指向的外部方向对准，而不考虑头部侧倾。
例如，飞行员利用在瞄准器的坐标系Rv中已知的位置的单个十字形标线未经过侧倾调节(即没有执行围绕瞄准器的旋转)而瞄准在参考外部坐标系RRef中的多个预设外部方向然后可以仅计算右旋转矩阵假设左旋转矩阵是已知的。
测量的N个旋转矩阵(假设其是完全已知的，即它们的所有分量假设都是已知的)、目标外部方向的归一化矢量族(假设其是完全已知的)，以及单一瞄准方向的已知单位矢量由双重协调方程组相关：对于每个i＝1到N，在所述方程组中右旋转矩阵是已知的，且寻求左矩阵
接下来，在第二步骤706中，通过使用以下方程确定所寻求的左旋转矩阵来求解双重协调方程组其中i从1到N变化：
作为运算约束，此第七配置702要求测量的最小数目N大于或等于3，并且矢量族是不相关的。
在图10中且在相对于标准第一配置102降级的第八配置802中，执行获取N次测量的第一步骤804，其中通过姿势检测设备计算N次旋转矩阵
N次测量和计算的旋转矩阵对应于N个目标动作Vi，所述目标动作与第七配置702的N个目标动作的相同之处在于，执行瞄准器上的同一个瞄准方向与多个目标或瞄准或指向的外部方向的N次对准，而不考虑头部侧倾，相同之处还在于右旋转矩阵已知，但是与第七配置702的N个目标动作的不同之处在于瞄准方向未知。
测量的N个旋转矩阵(假设其是完全已知的，即它们的所有分量假设都是已知的)、目标外部方向的归一化矢量族(假设其是完全已知的)，以及单一瞄准方向的未知单位矢量由双重协调方程组相关：对于每个i＝1到N，其中右旋转矩阵的方程组是已知，且寻求左矩阵以及任选地寻求瞄准器瞄准方向。
在此第八配置802中，可以仅计算左旋转矩阵但是也可以计算瞄准器坐标系中的单个瞄准方向的坐标。
接下来，在第二步骤806中，通过实施第八组的后续子步骤，迭代地求解双重协调方程组i从1到N变化。
在第十七子步骤814中，通过设置等于I3(I3是单位矩阵)，初始化左矩阵的第一序列[s]指定遍历序列的整数项数。
接下来，重复迭代的第十八子步骤816，该子步骤中使用以下方程，通过计算矢量然后计算矩阵从迭代[s]推导至迭代[s+1]：
序列是瞄准器方向矢量的第二序列。
序列和分别收敛于和
在第十九子步骤818中，当以由一个或两个预设阈值定义的足够精度近似极限和任选地极限时，停止贯穿第十八子步骤816执行的迭代过程。
作为运算约束，此第八配置802要求测量的最小数目N大于或等于4，并且矢量族是不相关的。
应注意，针对上述七种降级配置描述的求解方法可推广到相同类型的任何其它配置。
应注意，本发明还允许由两个DDP姿势检测系统传递的输出之间的协调相对偏差，所述两个DDP姿势检测系统彼此固定地紧固以进行传递。
第一DDP检测系统在第一瞄准器坐标系Rv1与第一固定外部坐标系Rref1之间传递旋转并且协调的第二姿势检测系统在第二瞄准器坐标系Rv2与第二固定外部坐标系Rref2之间传递旋转，根据本发明的方法允许将第一瞄准器坐标系Rv1与第二瞄准器坐标系Rv2之间的旋转的旋转矩阵计算为左矩阵，并且将第一固定外部坐标系Rref1与第二固定坐标系Rref2之间的旋转的旋转矩阵计算为右矩阵。
具体来说，所述问题在数学上等同于前一个问题，因为它可以写为：
然后寻求和
同样，在寻求确定两个紧固DDP系统之间的相对偏差的情况下，不需要完成由每个DDP传递的测量。
关于实现全局DDP协调的算法方法及其上述变体，基本特征是：
-所使用的π校正方法的通用和一般特性，其允许用矩阵数学处理每一个可解的情况，而不必使用复杂的数学函数，特别是三角函数；
-应用校正π的灵活性，其实质上允许问题独立于待处理元素的顺序而简化。
关于由姿势检测系统实现的姿势检测的全局协调或者由两个姿势检测系统使用根据本发明的算法协调方法传递的姿势检测之间的偏差的表征，基本特征是：
-事实上，可以完全协调DDP姿势检测方法和系统而不需要对每个元素进行部分协调，对每个元素进行部分协调每次都需要准确了解其它元素的姿势，并且实际上会传递剩余误差；
-事实上，可以完全协调DDP姿势检测方法和系统，而无需事先知道哪个或哪些元素对准不良；
-事实上，可以协调姿势检测方法和系统，而不需要整体知道预期的数据或测量。
通常，上述并且被配置为实现根据本发明的双重协调方法的平视观察系统2旨在安装于运载交通工具上，所述运载交通工具包括在所有飞行器、飞机、直升机、机动车和机器人的集合中。

Claims (15)

1.一种集成到佩戴/携带式平视观察系统中的DDP姿势检测子系统的双重协调方法，
所述佩戴/携带式平视观察系统(2)位于运载交通工具上并且包括：
-透明的佩戴/携带式平视观察设备(12)Dv，
-具有外部参考坐标系Rref的外部参考设备(14)Dref，所述外部参考坐标系能够是运载交通工具的坐标系或本地地理坐标系或地面坐标系；
-DDP姿势检测子系统(16)，其包括：
固定地附接到所述观察设备(12)Dv的跟踪刚性第一元件(18)S1，
固定地接合到所述参考设备(14)Dref的固定刚性第二元件(20)S2，以及
用于测量和确定跟踪移动第一元件(18)S1相对于固定第二元件(22)S2的相对定向的装置(26)，
-双重协调子系统(32)，其用于协调所述佩戴/携带式平视观察系统(2)和所述DDP姿势检测子系统(16)，
所述双重协调方法的特征在于它包括以下步骤：
-在第一步骤(54、104、204、304、404、504、604、704、804)中，对应于i从1到N变化的不同瞄准动作Vi，执行所述DDP姿势检测子系统(16)的跟踪移动第一元件(18)S1相对于固定第二元件(22)S2的i从1到N变化的相对定向的预设数目N的一系列测量，在所述测量中，所述观察设备(12)Dv中显示的飞行员/驾驶员信息的一个或更多个不同预设元素与真实外界的一个或更多个相应地标重叠或对准，所述地标在外部参考坐标系中的理论旋转矩阵是已知的；然后，
-在第二步骤(56、106、206、306、406、506、606、706、806)中，并且使用双重协调算法，联合计算所述姿势检测子系统(16)的跟踪第一元件(18)S1相对于所述观察设备Dv的相对定向矩阵和/或所述外部参考设备DRef相对于所述姿势检测子系统(16)的固定刚性第二元件(20)S2的相对定向矩阵分别计算为右侧偏差旋转矩阵和左侧偏差旋转矩阵它们是双重协调方程组的联合解，i从1到N变化。
2.根据权利要求1所述的集成到佩戴/携带式平视观察系统中的DDP姿势检测子系统的双重协调方法，其中
所需的最小测量数目N取决于所述平视观察系统的所述旋转矩阵和的错误或不可使用的角度自由度的数目L，所述数目L是大于或等于1且小于或等于6的整数，并且
所述方程组i从1到N变化的的解使用校正算子π(.)以确定右侧旋转和左侧旋转校正算子π(.)将任何给定的矩阵A转换为3×3矩形旋转矩阵π(A)，所述π(A)是所有3×3旋转矩阵中在以下意义上最接近矩阵A的：矩阵π(A)-A的所有项的平方和最小。
3.根据权利要求2所述的集成到佩戴/携带式平视观察系统中的DDP姿势检测子系统的双重协调方法，其中在第一配置(102)中，
所述右侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三，并且所述左侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三，
所述第一步骤(104)执行大于或等于3的测量数目N，对于这些测量，瞄准动作Vi对应于所显示的三维参考标记与观察到的外部三维参考标记的对准，
求解所述双重协调方程组的所述第二步骤(106)包括第一组(112)子步骤，第一组(112)子步骤包括：
-在第一子步骤(114)中，将N次测量中的第一次测量选择为“主元”测量，此主元测量对应于i等于1，并且对于i＝2，…，N，使用方程和计算旋转矩阵和然后
-在第二子步骤(116)中，针对i＝2，…，N，确定旋转和的主要单位矢量，分别由和指定；然后
-在第三子步骤(118)中，使用以下方程计算右矩阵
然后
-在第四子步骤(120)中，根据在所述第三子步骤(118)中计算的所述矩阵使用以下方程确定左侧旋转矩阵
4.根据权利要求2所述的集成到佩戴/携带式平视观察系统中的DDP姿势检测子系统的双重协调方法，其中在第二配置(202)中，
所述右侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三，并且所述左侧偏差旋转矩阵的单个错误或不可使用的角度自由度是方位角，假设已知仰角和侧倾角具有足够的精度；并且
所述第一步骤(204)执行大于或等于4的测量数目N，对于这些测量，瞄准动作Vi对应于所显示的三维参考标记与观察到的三维参考标记的对准；并且
求解所述双重协调方程组的所述第二步骤(206)包括第二组(212)子步骤，第二组(212)子步骤包括：
-在第四子步骤(214)中，对于i＝2，…，N，使用以下方程计算矩阵和矢量
和
矢量由方程定义；然后
-在初始化第五子步骤(216)中，通过设置等于单位矩阵I3，初始化矩阵的第一序列[s]指定遍历序列的当前整数项数；然后
-重复迭代的第六子步骤(218)，其中使用以下方程，通过计算矢量值然后计算第一矩阵序列的值从迭代[s]推导至迭代[s+1]：
序列是矢量的辅助第二序列，序列收敛于并且
-当以由预设阈值定义的足够精度近似极限时，在第七子步骤(220)中停止贯穿所述第六子步骤(218)执行的迭代过程。
5.根据权利要求2所述的集成到佩戴/携带式平视观察系统中的DDP姿势检测子系统的双重协调方法，其中在第三配置(302)中，
所述右侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三，且所述左侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三；并且
所述第一步骤(304)执行大于或等于4的测量数目N，对于这些测量，瞄准动作Vi对应于多个不同瞄准方向与参考外部坐标系RRef中已知的多个目标外部方向的对准，不经过侧倾调节，矢量族和都是不相关的；并且
求解双重协调方程组i从1到N变化的的所述第二步骤(306)包括第三组(312)的以下的子步骤，包括：
-在初始化第八子步骤(314)中，通过设置等于单位矩阵I3，初始化左侧矩阵的第一序列[s]指定遍历此第一序列的整数项数；然后
-重复迭代的第九子步骤(316)，其中使用以下方程，通过计算矩阵然后矩阵从迭代[s]推导至迭代[s+1]：
序列是右矩阵的第二序列，序列和分别收敛于和并且
-当以足够精度近似极限和时，在第十停止子步骤(318)中停止贯穿第九子步骤(316)执行的迭代过程。
6.根据权利要求2所述的集成到佩戴/携带式平视观察系统中的DDP姿势检测子系统的双重协调方法，其中在第四配置(402)中，
所述右侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三，且假设所述左侧偏差旋转矩阵已知；并且
第一步骤(404)执行大于或等于3的测量数目N，对于这些测量，所述瞄准动作Vi对应于N个不同瞄准方向与同一个目标方向的对准，不经过侧倾调节，矢量族是不相关的，该目标方向在参考外部坐标系RRef中已知；并且
求解所述双重协调方程组i从1到N变化的的第二步骤(406)通过以下方程确定右偏差旋转矩阵
7.根据权利要求2所述的集成到佩戴/携带式平视观察系统中的DDP姿势检测子系统的双重协调方法，其中在第五配置(502)中，
所述右侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三，且假设所述左侧偏差旋转矩阵已知；并且
第一步骤(504)执行大于或等于4的测量数目N，对于这些测量，所述瞄准动作Vi对应于N个不同瞄准方向与同一个未知的目标外部方向的对准，不经过侧倾调节，矢量族是不相关的；并且
求解双重协调方程组i从1到N变化的的第二步骤(506)包括第五组(512)子步骤，第五组(512)子步骤包括：
-在初始化第十一子步骤(514)中，通过设置等于单位矩阵13，初始化右矩阵的第一序列[s]指定遍历序列的整数项数；然后
-重复迭代的第十二子步骤(516)，其中使用以下方程，通过计算矢量然后计算矩阵从迭代[s]推导至迭代[s+1]：
序列是外部方向矢量的第二序列，并且序列和分别收敛于和并且
-当以由一个或两个预设阈值定义的足够精度近似极限和时，在第十三停止子步骤(518)中停止贯穿第十二子步骤(516)执行的迭代过程。
8.根据权利要求2所述的集成到佩戴/携带式平视观察系统中的DDP姿势检测子系统的双重协调方法，其中在第六配置(602)中，
-所述右侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三，且所述左侧偏差旋转矩阵是未知的且不确定的；并且
-第一步骤(604)执行大于或等于4的测量数目N，对于这些测量，所述瞄准动作Vi对应于N个不同瞄准方向与同一个未知的目标外部方向的对准，不经过侧倾调节，矢量族是不相关的，第一步骤还将双重协调方程组i从1到N变化的的解简化为以下简化的双重协调方程组的解：
i从1到4变化，记并且
求解简化的双重协调方程组的第二步骤(608)包括第六组(612)子步骤，包括：
-在初始化第十四子步骤(614)中，通过设置等于单位矩阵I3，初始化右矩阵的第一序列[s]指定遍历序列的整数项数；然后
-重复迭代的第十五子步骤(616)，其中使用以下方程，通过计算矢量然后计算第一矩阵序列的矩阵从迭代[s]推导至迭代[s+1]：
序列是矢量的辅助第二序列，并且序列收敛于并且
-当以由预设阈值定义的足够精度近似极限时，在第十六停止子步骤(618)中停止贯穿第十五子步骤(616)执行的迭代过程。
9.根据权利要求2所述的集成到佩戴/携带式平视观察系统中的DDP姿势检测子系统的双重协调方法，其中在第七配置(702)中，
所述左侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三，且假设所述右侧偏差旋转矩阵已知；并且
第一步骤(704)执行大于或等于3的测量数目N，对于这些测量，瞄准动作Vi对应于同一个已知瞄准方向与N个已知目标外部方向的对准，不经过侧倾调节，矢量族是不相关的；并且
求解双重协调方程组i从1到N变化的的第二步骤(706)使用以下方程确定寻求的左旋转矩阵
10.根据权利要求2所述的集成到佩戴/携带式平视观察系统中的DDP姿势检测子系统的双重协调方法，其中在第八配置(802)中，
-所述左侧偏差旋转矩阵的错误或不可使用的角度自由度的数目等于三，且假设所述右侧偏差旋转矩阵已知；并且
第一步骤(804)执行大于或等于4的测量数目N，对于这些测量，瞄准动作Vi对应于同一个已知瞄准方向与N个已知目标外部方向的对准，不经过侧倾调节，矢量族是不相关的；并且
求解双重协调方程组i从1到N变化的的第二步骤(806)包括第八组(812)子步骤，包括：
-在第十七子步骤(814)中，将初始化设置为等于单位矩阵I3，初始化左侧矩阵的第一序列[s]指定遍历序列的整数项数；然后
-重复迭代的第十八子步骤(816)，其中使用以下方程，通过计算矢量然后矩阵从迭代[s]推导至迭代[s+1]：
序列是瞄准方向矢量的第二序列，序列和分别收敛于和并且
-当以由一个或两个预设阈值定义的足够精度近似极限和任选地时，在第十九停止子步骤(818)中停止贯穿第十八子步骤(816)执行的迭代过程。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的集成到佩戴/携带式平视观察系统中的DDP姿势检测子系统的双重协调方法，其中，
所述佩戴/携带式平视观察系统(2)旨在位于运载交通工具上，所述运载交通工具包括在所有飞行器、飞机、直升机、机动车和机器人的集合中。
12.一种位于运载交通工具上的佩戴/携带式平视观察系统，其包括：
-透明的佩戴/携带式平视观察设备(12)Dv，
-具有参考坐标系Rref的参考设备(14)Dref，所述参考坐标系能够是所述运载交通工具的坐标系或本地地理坐标系或地面坐标系；
-DDP姿势检测子系统(16)，其包括：
固定地附接到所述观察设备(12)Dv的跟踪刚性第一元件(18)S1，
固定地接合到所述参考设备(14)Dref的固定刚性第二元件(20)S2，以及
用于测量和确定跟踪移动第一元件(18)S1相对于固定第二元件(22)S2的相对定向的装置(26)，
-双重协调子系统(32)，其用于协调所述平视观察系统(2)和所述DDP姿势检测子系统(16)，所述双重协调子系统(32)包括双重协调处理器和用于管理协调测量的获取的HMI界面，
所述佩戴/携带式平视观察系统的特征在于，所述双重协调子系统(32)和所述DDP姿势检测子系统(16)被配置成：
-在第一步骤(54)中，对应于i从1到N变化的不同瞄准动作Vi，执行所述DDP姿势检测子系统(16)的跟踪移动第一元件(18)S1相对于固定第二元件(22)S2的i从1到N变化的相对定向的预设数目N的一系列测量，在所述测量中，所述观察设备(12)Dv中显示的飞行员/驾驶员信息的一个或更多个不同预设元素与真实外界的一个或更多个相应地标重叠或对准；然后
-在第二步骤(56)中，并且使用双重协调算法，联合计算所述姿势检测子系统(16)的跟踪第一元件(18)S1相对于观察设备Dv的相对定向矩阵和/或外部参考设备DRef相对于所述姿势检测子系统(16)的固定刚性第二元件(20)S2的相对定向矩阵分别计算为右侧偏差旋转矩阵和左侧偏差旋转矩阵它们是双重协调方程组的联合解，i从1到N变化。
13.根据权利要求12所述的位于运载交通工具上的佩戴/携带式平视观察系统，其中
所需的最小测量数目N取决于所述平视观察系统的所述旋转矩阵和的错误或不可使用的角度自由度的数目L，所述数目L是大于或等于1且小于或等于6的整数，并且
i从1到N变化的方程组的解使用校正算子π(.)以确定右侧旋转和左侧旋转校正算子π(.)将任何给定的矩阵A转换为3×3矩形旋转矩阵π(A)，所述π(A)是所有3×3旋转矩阵中在以下意义上最接近矩阵A的：矩阵π(A)-A的所有项的平方和最小。
14.根据权利要求13所述的位于运载交通工具上的佩戴/携带式平视观察系统，其中所述双重协调子系统(32)和所述DDP姿势检测子系统(16)被配置成实施如根据权利要求3到11中任一项所述的第一步骤和第二步骤。
15.一种运载交通工具，所述运载交通工具包括在所有飞行器、飞机、直升机、机动车和机器人的集合中，并且在所述运载交通工具中安装了根据权利要求12到14中任一项所定义的佩戴/携带式平视观察系统。
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