一种基于脑机接口的载人飞船非接触式操控方法

摘要

本发明公开了一种基于脑机接口的载人飞船非接触式操控方法，通过脑电信号采集器（1）、脑电放大器（2）、计算机（3）、信号特征提取模块（4）、信号特征分类模块（5）、显示模块（6）、输出指令判断模块（7）和指令输出模块（8）实现。航天员注视不同频率闪烁的LED指令键，通过脑电信号采集器（1）进行脑电采集，脑电放大器（2）对脑电信号进行滤波放大后进入计算机（3）中，通过信号特征提取模块（4）与信号特征分类模块（5）进行辨识，对辨识后的信号进行判断与选择，使正确的指令输出控制载人飞船。本方法实现指令远程准确输入，突破航天员远距离操纵指令杆不便的瓶颈，提升飞船的操控性，同时对航天员身体进行保护。

主权项

一种基于脑机接口的空间非接触式操控方法，其特征在于具体步骤为：第一步 搭建基于脑机接口的空间非接触式操控系统基于脑机接口的空间非接触式操控系统，包括：脑电信号采集器(1)、脑电放大器(2)、计算机(3)、信号特征提取模块(4)、信号特征分类模块(5)、显示模块(6)、输出指令判断模块(7)和指令输出模块(8)；所述脑电信号采集器(1)，包括：脑电极帽与数据线；信号特征提取模块(4)的功能为：对滤波后的脑电信号基频和倍频处的值进行加权求和作为信号特征；信号特征分类模块(5)的功能为：通过设定的阈值对信号特征进行分类辨识；显示模块(6)的功能为：显示航天员脑电信号以及指令输出值；输出指令判断模块(7)的功能为：根据显示模块(6)显示的输出值，通过选择按钮对分类辨识的信号所对应的指令正确性进行判断和选择；指令输出模块(8)的功能为：对选择后的指令进行输出；脑电极帽的电极与航天员的头皮接触；脑电极帽与脑电放大器(2)通过数据线连接，脑电放大器(2)与计算机(3)通过数据线连接，信号特征提取模块(4)、信号特征分类模块(5)、显示模块(6)、输出指令判断模块(7)置于计算机(3)中；第二步 设置LED指令键的闪烁频率将20个相邻LED指令键设置为一组；每个LED指令键都有不同频率的LED闪烁，并将LED指令键作为视觉刺激器，每组LED指令键的闪烁频率设置为6‑15.5Hz，每个LED指令键频率间隔0.5Hz，并且设置相邻LED指令键频率差值高于2Hz，保证识别准确率；第三步 航天员脑电信号采集及预处理航天员带上脑电极帽，并在脑电极帽枕部13个电极T7、C3、Cz、C4、T8、P7、P3、Pz、P4、P8、O1、Oz和O2处打入导电膏；将目光和注意力集中在需要指令输出所对应的LED指令键上；通过电极帽对航天员的脑电信号采集，从脑电极帽采集的脑电信号通过数据线传送到脑电放大器(2)中，利用带通滤波器去除5‑30Hz之外的频率；利用陷波滤波器去除工频50Hz；通过脑电放大器(2)对脑电信号的电压幅值进行放大；第四步 脑电信号特征提取脑电信号通过预处理与放大后，进行快速傅里叶变换；在闪烁频率的基频和倍频处出现峰值，这些峰值代表了信号特征；各个刺激频率的基频和倍频处的值进行加权求和，作为信号特征提取的特征值；第五步 脑电信号特征分类在信号特征分类模块(5)中设置阈值，若超过阈值的信号特征个数为0、1或2，则降低阈值，直到有三个信号特征值超过阈值，取这三个信号特征值作为输出判断的备选；若特征值超过阈值的个数大于或等于3个，则取特征值最大的3个信号特征作为输出判断的备选；第六步 输出指令判断模块(7)确定正确指令将分类后的信号特征在显示模块(6)上显示，并且根据特征值的大小依次设定所对应指令键的优选级别，航天员根据优选级别对正确输出指令进行确定；第七步 指令输出模块(8)输出指令通过显示模块(6)确定选择所对应的指令健作为输出指令，利用确认按钮进行指令确认，从而进行指令输出；至此完成了基于脑机接口的空间非接触式操控。