目的建立一種人體空間定向前庭感知模型,通過(guò)仿真試驗(yàn)驗(yàn)證模型的仿真效果和對(duì)前庭性飛行錯(cuò)覺(jué)的預(yù)測(cè)效能。方法基于人體多感覺(jué)系統(tǒng)空間定向建模理論,采用Matlab/Simulink軟件,建立了包含耳石器、半規(guī)管傳遞函數(shù)及其整合機(jī)制的空間定向前庭感知模型。通過(guò)給模型輸入前庭功能檢查或引發(fā)飛行錯(cuò)覺(jué)的線加速度、角速度等運(yùn)動(dòng)信息,對(duì)偏垂直軸旋轉(zhuǎn)、前庭科里奧利效應(yīng)、墓地螺旋錯(cuò)覺(jué)和軀體重力錯(cuò)覺(jué)進(jìn)行仿真試驗(yàn)。結(jié)果模型輸出的線加速度、角速度、姿態(tài)角和重力矢量等結(jié)果與相關(guān)研究或理論分析計(jì)算結(jié)果一致,能較準(zhǔn)確地模擬人體空間定向前庭感知功能和預(yù)測(cè)前庭性飛行錯(cuò)覺(jué)。結(jié)論建立的人體空間定向前庭感知模型具有較高的可信度,可用于飛行空間定向及飛行錯(cuò)覺(jué)分析。 

【文章來(lái)源】：航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程. 2019,32(04)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

圖１耳石器傳遞函數(shù)Ｂｏｄｅ圖

測(cè)到的角加速度感覺(jué)信息、耳石器檢測(cè)到的重力和線加速度感覺(jué)信息，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)整合形成人體空間定向知覺(jué)，并維持人體平衡。地球重力場(chǎng)的基本常性———重力垂直性是前庭感覺(jué)信息整合過(guò)程中的一個(gè)重要制約因素。人體在地球坐標(biāo)系下進(jìn)行空間定向時(shí)，對(duì)姿態(tài)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸和直線運(yùn)動(dòng)方向的定向都需要基于對(duì)重力垂直方向的估計(jì)和判斷。在前庭感知模型重力垂直方向的感覺(jué)整合機(jī)制中，需要考慮角運(yùn)動(dòng)引起人體對(duì)重力垂直方向知覺(jué)的變化、以及耳石器感受重力和線加速度慣性力合力這兩方面因素。為便于分析，首先建立如圖３所示的人體頭部三維正交坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系遵守右手法則。ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸分別與人體矢狀軸、冠狀軸、垂直軸平齊，正方向依次為前、左和上。繞ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸滾轉(zhuǎn)、俯仰和偏轉(zhuǎn)的正方向符合右手法則�；谟^察者模型有關(guān)理論，建立的空間定向前庭感知模型原理圖［１０］如圖４所示。該前庭感知模型的輸入為線加速度ａ和角速度ω，輸出為人感覺(jué)到的線加速度ａｅｓｔ、角速度ωｅｓｔ、重力ｇｅｓｔ和姿態(tài)角Ａｎｇｌｅｅｓｔ，ｇ為重力。上述變量均為人體頭部坐標(biāo)系下的三維矢量，下標(biāo)ｅｓｔ代表中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)部模型對(duì)運(yùn)動(dòng)感覺(jué)的估計(jì)值。ｆ為比力，ｆ＝ａ－ｇ。ｇ（ω）表示根據(jù)人體頭部坐標(biāo)系下的角運(yùn)動(dòng)更新重力方向，公式為ｄｇ／ｄｔ＝ｇ×ω。圖３人體頭部坐標(biāo)系示意圖Ｆｉｇ．３ＨｅａｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｆｒａｍｅＨ（Ｓ）ｏｔｏ、Ｈ（Ｓ）ｓｃｃ分別是耳石器和半規(guī)管的傳遞函數(shù)，Ｈ（Ｓ）ｏｔｏ＿ｅｓｔ、Ｈ（Ｓ）ｓｃｃ＿ｅｓｔ分別是其內(nèi)部模型中的傳遞函數(shù)。ＧＩＦ＿Ｅｒｒ

基于對(duì)重力垂直方向的估計(jì)和判斷。在前庭感知模型重力垂直方向的感覺(jué)整合機(jī)制中，需要考慮角運(yùn)動(dòng)引起人體對(duì)重力垂直方向知覺(jué)的變化、以及耳石器感受重力和線加速度慣性力合力這兩方面因素。為便于分析，首先建立如圖３所示的人體頭部三維正交坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系遵守右手法則。ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸分別與人體矢狀軸、冠狀軸、垂直軸平齊，正方向依次為前、左和上。繞ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸滾轉(zhuǎn)、俯仰和偏轉(zhuǎn)的正方向符合右手法則�；谟^察者模型有關(guān)理論，建立的空間定向前庭感知模型原理圖［１０］如圖４所示。該前庭感知模型的輸入為線加速度ａ和角速度ω，輸出為人感覺(jué)到的線加速度ａｅｓｔ、角速度ωｅｓｔ、重力ｇｅｓｔ和姿態(tài)角Ａｎｇｌｅｅｓｔ，ｇ為重力。上述變量均為人體頭部坐標(biāo)系下的三維矢量，下標(biāo)ｅｓｔ代表中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)部模型對(duì)運(yùn)動(dòng)感覺(jué)的估計(jì)值。ｆ為比力，ｆ＝ａ－ｇ。ｇ（ω）表示根據(jù)人體頭部坐標(biāo)系下的角運(yùn)動(dòng)更新重力方向，公式為ｄｇ／ｄｔ＝ｇ×ω。圖３人體頭部坐標(biāo)系示意圖Ｆｉｇ．３ＨｅａｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｆｒａｍｅＨ（Ｓ）ｏｔｏ、Ｈ（Ｓ）ｓｃｃ分別是耳石器和半規(guī)管的傳遞函數(shù)，Ｈ（Ｓ）ｏｔｏ＿ｅｓｔ、Ｈ（Ｓ）ｓｃｃ＿ｅｓｔ分別是其內(nèi)部模型中的傳遞函數(shù)。ＧＩＦ＿Ｅｒｒ模塊通過(guò)計(jì)算比力矢量前庭估計(jì)值與中央估計(jì)值之間的旋轉(zhuǎn)誤差，用于修正內(nèi)部模型中的主觀重力垂直方向。Ｋａ、Ｋｆａ、Ｋｗ、Ｋｆｗ和Ｋｗｆ分別為內(nèi)部模型各反饋環(huán)路的參數(shù)。圖４前庭感知模型原理圖Ｆｉｇ．４Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｖｅｓｔｉｂｕｌａｒｐｅ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]飛行錯(cuò)覺(jué)模擬器飛行仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 王聰,師國(guó)偉,趙顯亮,姚欽,楊明浩,熊端琴,王海霞,蔣科,賈宏博.  航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程. 2019(02)
[2]基于人感理論的航天飛行訓(xùn)練模擬技術(shù)研究[J]. 陳煒,晁建剛.  航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程. 2014(03)



本文編號(hào)：3441671