目的建立一種人體空間定向前庭感知模型,通過仿真試驗驗證模型的仿真效果和對前庭性飛行錯覺的預(yù)測效能。方法基于人體多感覺系統(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。通過給模型輸入前庭功能檢查或引發(fā)飛行錯覺的線加速度、角速度等運動信息,對偏垂直軸旋轉(zhuǎn)、前庭科里奧利效應(yīng)、墓地螺旋錯覺和軀體重力錯覺進(jìn)行仿真試驗。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)測前庭性飛行錯覺。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覺分析。 

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

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖１耳石器傳遞函數(shù)Ｂｏｄｅ圖

測到的角加速度感覺信息、耳石器檢測到的重力和線加速度感覺信息，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)整合形成人體空間定向知覺，并維持人體平衡。地球重力場的基本常性———重力垂直性是前庭感覺信息整合過程中的一個重要制約因素。人體在地球坐標(biāo)系下進(jìn)行空間定向時，對姿態(tài)、旋轉(zhuǎn)運動軸和直線運動方向的定向都需要基于對重力垂直方向的估計和判斷。在前庭感知模型重力垂直方向的感覺整合機(jī)制中，需要考慮角運動引起人體對重力垂直方向知覺的變化、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)部模型對運動感覺的估計值。ｆ為比力，ｆ＝ａ－ｇ。ｇ（ω）表示根據(jù)人體頭部坐標(biāo)系下的角運動更新重力方向，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

基于對重力垂直方向的估計和判斷。在前庭感知模型重力垂直方向的感覺整合機(jī)制中，需要考慮角運動引起人體對重力垂直方向知覺的變化、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)部模型對運動感覺的估計值。ｆ為比力，ｆ＝ａ－ｇ。ｇ（ω）表示根據(jù)人體頭部坐標(biāo)系下的角運動更新重力方向，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模塊通過計算比力矢量前庭估計值與中央估計值之間的旋轉(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]飛行錯覺模擬器飛行仿真系統(tǒng)設(shè)計[J]. 王聰,師國偉,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：3441671