[發明專利]一種基于腦機接口的運動想象信號的無人機控制方法

在審

• 申請號: 202011186649.9
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112364977A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 劉宇迪;尚怡帆;劉孟怡;張爔文;張道強
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06N3/04
• 分類號: G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種基于腦機接口的運動想象信號的無人機控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)受試者在屏幕前根據實驗范式進行對應的運動想象，對受試者的腦電信號進行采集，且進行預處理；

(2)構建的BP神經網絡模型并進行訓練；

(3)使用訓練完畢的BP網絡模型對測試數據進行識別并得到分類結果；

(4)使用應用訓練好的BP神經網絡對經過預處理后的數據進行測試及分類，之后將分類結果轉化成無人機控制信號控制無人機飛行。

2.根據權利要求1所述的基于腦機接口的運動想象信號的無人機控制方法，其特征在于，所述步驟(1)包括以下步驟：

(11)受試者佩戴安裝有8個電極的腦電帽，利用電極膏將電極帽上的電極與頭皮進行接觸；進行阻抗測試，且對阻抗過高的電極進行調整，開始記錄數據；

(12)受試者根據實驗范式進行對應的運動想象，實驗共進行100輪，每輪中屏幕依次出現左手、右手、左腳和右腳的圖片，圖片出現過程中受試者進行相應部位的運動想象，時長4.5s，兩次圖片中間提供3s休息時間，按順序進行，得到400個樣本數據；

(13)受試者實驗時產生的腦電信號數據經過EEGLAB工具箱依次進行通道定位、重參考、通道選擇、帶通濾波、去除基線、手動去除偽跡、ICA去除偽跡、眼電去除以及剔除噪聲成分除雜處理步驟。

3.根據權利要求1所述的基于腦機接口的運動想象信號的無人機控制方法，其特征在于，所述步驟(2)包括以下步驟：

(21)網絡初始化，根據系統輸入輸出序列(X,Y)確定網絡輸入層節點數n、隱含層節點數l，輸出層節點數m，初始化輸入層、隱含層和輸出層神經元之間的連接權值ω_ij，ω_jk，初始化隱含層閾值a，輸出層閾值b，給定學習速率和神經元激勵函數；

(21)隱含層輸出計算：根據輸入變量X，輸入層和隱含層連接權值ω_ij以及隱含層閾值a，計算隱含層輸出H：

其中，l為隱含層節點數，f為隱含層激勵函數，表達式為：

(23)輸出層輸出計算：根據隱含層輸出H，連接權值ω_jk和閾值b，計算BP神經網絡預測輸出O：

(24)誤差計算：根據網絡預測輸出O和期望輸出Y，計算網絡預測誤差e：

e_k＝Y_k-O_k，k＝1,2,...,m；

(25)權值更新，根據網絡預測誤差e更新網絡連接權值ω_ij，ω_jk：

ω_jk＝ω_jk+ηH_je_k，j＝1,2,...,l；k＝1,2,...,m

其中，η為學習速率；

(26)閾值更新，根據網絡預測誤差e更新網絡節點閾值a，b：

b_k＝b_k+e_k，k＝1,2,...,m；

(27)判斷算法迭代是否結束，若沒有結束，返回(22)，若結束，BP神經網絡模型訓練完畢。

4.根據權利要求1所述的基于腦機接口的運動想象信號的無人機控制方法，其特征在于，所述分類結果分別對應無人機的四個動作的信號，分別為左手-起飛，右手-降落，左腳-向前飛行，右腳-向后飛行。

5.根據權利要求1所述的一種基于腦機接口的運動想象信號的無人機控制方法，其特征在于，所述步驟(5)實現過程為：無人機控制程序用python進行編寫，分類結果得到的相應控制信號利用IEEE802.11和TCP/IP傳輸協議傳輸至無人機，隨后利用python的socket模塊進行接收和發送信息，并對信息進行處理，以做到對無人機狀態的記錄和控制。