Оптические системы хирургической навигации при сложных малоинвазивных операциях подвержены влиянию физиологических дрожаний пациента, вибраций оборудования и шумов изображения, что приводит к колебаниям позиционирования и прерывистости траектории. Для решения проблемы недостаточной стабильности системы, вызванной шумами от множества источников помех и неопределённостью модели системы, предложен метод позиционирования и наведения хирургического инструмента на основе адаптивной фильтрации с сильным слежением, направленный на повышение стабильности и надежности оптической хирургической навигационной системы. В пространстве положения используется усиленный фильтр Калмана с адаптивной настройкой матрицы шума на основе статистики ошибок, что улучшает подавление скачкообразных шумов и дрейфа; в пространстве ориентации применяется безлинейный фильтр Калмана с кватернионами для избежания ошибок линеаризации и сохранения нормализации кватернионов. Для дальнейшего улучшения сглаживания добавлена предварительная обработка скользящим средним на входе положения, обеспечивающая сочетание низкочастотной устойчивости и подавления высокочастотных колебаний. Экспериментальные результаты показывают, что предложенный метод значительно превосходит методы, описанные в литературе, по комплексным характеристикам. В аспекте слежения ориентации среднеквадратичная ошибка углов снижается на 50%–79% по сравнению с методами сравнения; в слежении положения общий тренд остатков снижается дополнительно на 5%–20% по сравнению с фильтром Калмана, достигая оптимального баланса между подавлением высокочастотного шума и стабильностью динамического отклика. Предложенный в статье метод показывает выдающиеся экспериментальные результаты в подавлении мелких возмущений, стабильности ориентации и адаптивности к шуму, обеспечивая теоретическую основу для высокоточной медицинской навигации.

оптическая хирургическая навигация;позиционирование хирургических инструментов;фильтр Калмана;подавление шума