[發明專利]一種基于腦機接口的載人飛船非接觸式操控方法

有效

• 申請號: 201410358284.1
• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN104216515B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 李鑫;張利劍;李毅拓
• 申請（專利權）人: 北京機械設備研究所
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 中國航天科工集團公司專利中心11024
• 代理人: 岳潔菱

技術領域

本發明涉及一種載人飛船操控方法，特別是一種基于腦機接口的載人飛船非接觸式操控方法。

背景技術

由于空間環境異常惡劣，而且在載人飛船上升階段的高加速度帶來的超重感，以及在空間環境中的失重狀態，這都給航天員指令操控帶來了極大不便。目前，航天員在艙內仍是通過指令桿或手指觸碰的方式輸入指令進行飛船的操控，而飛船在空間運行的不穩定性導致指令輸入的誤操作率極高，同時，對航天員會帶來一定的身體傷害。目前，國內外暫無載人飛船的非接觸式操控方法的文獻研究。

腦機接口技術是一種新型的人機交互方式，它通過計算機或其他電子設備對腦神經活動信號直接進行處理，實現人腦和計算機或者其他電子設備的通訊和控制。腦機接口通過對大腦神經信號進行采集、濾波、放大、辨識、分類，將其轉換成腦機接口系統控制指令，并向外傳輸使用者的控制意圖。

穩態視覺誘發電位是通過模式光刺激或圖形視覺變化刺激誘發，可在大腦皮層的枕部采集到明顯的信號，而且信號的頻譜特征峰值明顯，提取方法比較簡單。通常采用多頻率閃爍刺激，其刺激模塊閃爍的時間間隔小于視覺誘發電位的時間，并且各次刺激引起的響應在時間上發生重疊。但穩態視覺誘發電位提取腦信號準確率取決于人自身狀態、環境友好性以及人機友好性。

專利（201310542530.4）提出了基于腦機接口的全自動控制網頁瀏覽方法，利用P300腦電電位控制網頁中的位置，利用眼動進行確認，利用穩態視覺誘發電位作為信號檢測的指標，對網頁進行上下翻動。專利（201410103602.x）提出了基于穩態視覺誘發腦機接口的機器人控制方法，通過穩態視覺誘發電位檢測、獲取腦電信號實現機器人的實時控制。以上方法均采用了穩態視覺誘發電位，但其視覺刺激點較少，因此可以保證準確率。載人飛船的指令鍵較多，單純使用穩態視覺誘發電位會導致腦電信號檢測的準確率下降，而無法保證對飛船操控的穩定性。

發明內容

本發明目的在于提供一種基于腦機接口的載人飛船非接觸式操控方法，解決指令桿或手指觸碰方式輸入指令穩定性差的問題。

一種基于腦機接口的載人飛船非接觸式操控方法，其具體步驟為：

第一步??搭建基于腦機接口的空間非接觸式操控系統

基于腦機接口的空間非接觸式操控系統，包括：腦電信號采集器、腦電放大器、計算機、信號特征提取模塊、信號特征分類模塊、顯示模塊、輸出指令判斷模塊和指令輸出模塊。所述腦電信號采集器，包括：腦電極帽與數據線。

信號特征提取模塊的功能為：對濾波后的腦電信號基頻和倍頻處的值進行加權求和作為信號特征；信號特征分類模塊的功能為：通過設定的閾值對信號特征進行分類辨識；顯示模塊的功能為：顯示航天員腦電信號以及指令輸出值；輸出指令判斷模塊的功能為：根據顯示模塊顯示的輸出值，航天員通過選擇按鈕對分類辨識的信號所對應的指令正確性進行判斷和選擇；指令輸出模塊的功能為：對選擇后的指令進行輸出。

腦電極帽的電極與航天員的頭皮接觸。腦電極帽與腦電放大器通過數據線連接，腦電放大器與計算機通過數據線連接，信號特征提取模塊、信號特征分類模塊、顯示模塊、輸出指令判斷模塊置于計算機中。

第二步??設置LED指令鍵的閃爍頻率

將20個相鄰LED指令鍵設置為一組。每個LED指令鍵都有不同頻率的LED閃爍，并將LED指令鍵作為視覺刺激器，每組LED指令鍵的閃爍頻率設置為6-15.5Hz，每個LED指令鍵頻率間隔0.5Hz，并且設置相鄰LED指令鍵頻率差值高于2Hz，保證識別準確率。

第三步??航天員腦電信號采集及預處理

航天員帶上腦電極帽，并在腦電極帽枕部13個電極T7、C3、Cz、C4、T8、P7、P3、Pz、P4、P8、O1、Oz和O2處打入導電膏。航天員將目光和注意力集中在需要指令輸出所對應的LED指令鍵上。通過電極帽對航天員的腦電信號采集，從腦電極帽采集的腦電信號通過數據線傳送到腦電放大器中，利用帶通濾波器去除5-30Hz之外的頻率；利用陷波濾波器去除工頻50Hz。通過腦電放大器對腦電信號的電壓幅值進行放大。

第四步??腦電信號特征提取

腦電信號通過預處理與放大后，進行快速傅里葉變換。在閃爍頻率的基頻和倍頻處出現峰值，這些峰值代表了信號特征。各個刺激頻率的基頻和倍頻處的值進行加權求和，作為信號特征提取的特征值。

第五步??腦電信號特征分類