[发明专利]基于脑电的有人/无人机集群编队VR仿真方法及系统

权利要求书

1.一种基于脑电的有人/无人机集群编队VR仿真系统，其特征是，实时仿真SimulinkReal Time目标机负责Matlab仿真程序的实时仿真功能，通过以太网与仿真平台管理计算机连接，仿真平台管理计算机将MATLAB程序下载到目标机中，目标机运行MATLAB程序，并将仿真结果实时发送给仿真平台管理计算机，并在该计算机上进行显示和数据保存；每台Simulink Real Time目标机+嵌入式控制器代表一台无人机，目标机运行无人机数字仿真simulink模型；嵌入式控制器运行无人机控制算法，计算出控制信号，并通过串口传递给目标机，实现无人机控制回路；脑电设备+人机交互装置模拟有人机，脑电装置采集实验员脑信号，转化为相应的编队控制指令，模拟有人机飞行员操作，人机交互手柄接收人的手势动作，模拟飞行员的对有人机的操作；仿真平台管理计算机接收这两个控制信号并将有人机指令发送给操控无人机；视景计算机接收仿真产生的位置、姿态角信息，在大屏幕显示系统上进行实时视景演示；其中，平台管理软件运行在平台管理计算机上，包含数字仿真模块、实时仿真模块、数据管理模块、网络通信模块、脑机接口模块和人机交互模块，具体如下：

(1)数字仿真模块：建立仿真软件Matlab/Simulink环境下可复用的数字仿真回路，并基于模块化的思想将数字仿真回路分为有人/无人机模型库、编队队形库、任务分配方法库、轨迹优化方法库和编队控制方法库五个模块，其中，有人/无人机模型库提供了包括四旋翼、六旋翼飞机模型，编队队形库提供了包括攻击队形数据、侦查队形数据、巡航队形数据、任务分配方法库提供了包括群算法、市场类算法、聚类算法的动态和静态任务分配算法；轨迹优化方法库提供包括自适应遗传算法、改进粒子群算法的轨迹优化方法；编队控制方法库提供包括PID，滑模、反步的编队控制方法，在一个可复用的数字回路中，在不同的库中选择不同的模型、编队队形、任务分配方法、轨迹优化方法以及控制算法，生成数字仿真dlm文件；在进行回路模块化设计的过程中，统一模块之间进行交互的I/O接口，使其具有通用性，为后续开发和扩展提供方便；

(2)实时仿真模块：基于Simulink Real Time函数库解析上述五个模块构成的数字仿真模型，实现仿真数据监控，并开发模型连接、程序下载、开始仿真、结束仿真功能模块，管理集群编队实时仿真全过程；实时仿真数据显示则基于绘图控件Teechart开发曲线绘制子模块，实现对于有人/无人机编队实时位置信息、姿态角、速度的关键数据的显示；

(3)数据管理模块：基于数据库Mysql提供的函数开发包API，开发数据管理子模块，实现对1组有人/无人机编队实时仿真数据的管理功能，包含数据存储、数据修改、数据删除、数据对比、数据导出功能模块，充分利用仿真过程产生的数据；

(4)网络通信模块：基于用户数据报协议UDP开发网络通信模块，将有人/无人机编队的实时仿真数据传输给视景演示软件，驱动视景演示软件进行动态显示；

(5)脑机接口模块：包含信号采集子模块和信号转换子模块，基于脑电采集系统Neuracle采集用户脑电信号，基于脑电设备配套软件开发单元NeuroCube单元，采用Neuracle配套软件开发，转换为相应有人机控制指令，实时发送给无人机控制器，完成基于脑控的有人/无人机集群虚拟飞行验证；

(6)人机交互模块：包含手势识别子模块，基于手势识别技术Orion，识别操作者动作，并将其转化为相应的有人机控制指令，控制无人机编队飞行，进行有人/无人协同飞行仿真验证，实现“人在回路”仿真。