一种基于脑电的模拟飞行器的脑电测评系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于脑电的模拟飞行器的脑电测评系统，该系统包括模拟飞行仿真分析系统、模拟飞行驾驶系统以及脑电实验系统。本发明专利技术以研究飞行员驾驶体验为目的，运用脑电技术和飞行仿真技术，搭建了一套融合脑电系统的模拟飞行驾驶平台。被试人员通过操作模拟飞行驾驶系统并收到来自系统的反馈后产生一系列脑电信号，经脑电实验系统采集、显示并记录，模拟飞行仿真分析系统对模拟飞行驾驶系统产生的脑电事件数据以及实时时间戳进行处理并存储。飞行试验结束后让被试人员对每个任务进行脑力负荷评价，结合脑电数据从而对操作人员的脑力负荷进行分析。该系统平台为研究飞行员脑力负荷、脑力疲劳等问题提供了良好的实验和训练平台。

A brain electroencephalogram system based on EEG

【技术实现步骤摘要】
一种基于脑电的模拟飞行器的脑电测评系统
本专利技术属于飞行器模拟
，尤其是涉及一种基于脑电的模拟飞行器的脑电测评系统。
技术介绍
随着航空工业的发展，飞行模拟器已经在航空领域得到了广泛的运用。它不仅能使飞行员在地面环境进行高仿真度飞行训练，还能验证飞机各个子系统的设计是否满足性能要求，为优化飞机子系统的设计提供重要的参考。另外，由于新型飞机尤其是军机的设计日趋复杂化，飞机座舱中对飞行员手动操作能力的要求逐渐弱化，而对其关注仪表界面信息进而进行决策的要求更加突出。这导致了飞行员的体力负荷下降而脑力负荷提高的现象。同时，有研究发现虽然飞行安全技术在日益提高，但人为因素造成的飞行事故所占比例却一直居高不下，造成这些飞行事故的原因都与飞行员长时间处于高脑力负荷状态以及脑力疲劳等问题息息相关。因此利用飞行模拟器来研究飞机驾驶过程中飞行员的脑力负荷及脑力疲劳等问题，可以为优化飞机座舱人体设计、提高人机界面交互效率提供重要的理论依据。目前，为了研究脑电技术在飞行模拟器中的应用，国内外学者开展了多项相关研究，证明了脑电能够实时的、连续的反映飞行员脑功能的变化，并且与飞行绩效密切相关，相对于其他生理指标(眼动指标、心电指标等)，脑电在评估肢体控制运动和视觉输入的工作负荷中表现最佳，有着较高的判别准确率。但现有研究大部分是在实验室的静态环境下搭建的某一机型专用飞行模拟器，通过设计特定的飞行实验环节，在视景显示器上进行操作与测评，这种飞行模拟系统存在飞行仿真模型单一，系统扩展性和通用性差，飞行数据管理与分析不够完善的缺点。另外，目前的飞行模拟器主要用于飞行员的飞行训练以及新型飞行器的研究，缺乏既能模拟飞行过程又能对飞行员脑力负荷以及脑力疲劳进行测评的综合功能。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于脑电的模拟飞行器的脑电测评系统，能够满足多种自行设计的飞行仿真模型，系统可以进行扩展，加载外部设计的飞机机型，并且利用统一接口参数可以方便的进行数据管理与分析。本专利技术完整的技术方案包括：一种基于脑电的模拟飞行器的脑电测评系统，其特征在于，包括：仿真实验台硬件系统(1)、模拟飞行仿真分析系统(2)、模拟飞行驾驶系统(3)和脑电实验系统(4)；所述的仿真实验台硬件系统(1)用于模拟飞机座舱的真实物理环境；所述的模拟飞行仿真分析系统(2)，用于仿真流程管理、飞行仿真参数显示、实时参数曲线显示和数据记录及数据管理；所述的模拟飞行驾驶系统(3)，用于模拟飞机座舱的内部操纵环境以及飞行时的实时飞行状态和外部环境；所述的脑电实验系统(4)，用于脑电采集及预处理、飞行操作绩效记录以及脑力负荷及疲劳度测评。所述脑电实验系统(4)包括：脑电采集子系统(41)、脑电数据显示记录子系统(42)和脑电数据显示记录子系统(42)；所述脑电采集子系统(41)，用于脑电的采集及脑电数据的预处理，并将脑电数据传输给所述脑电数据显示记录子系统(42)；所述脑电数据显示记录子系统(42)，用于脑电数据的曲线显示以及数据存储；所述脑力负荷评定子系统(43)，用于评定飞行员在执行飞行任务过程中和飞行试验后的脑力负荷程度。所述脑电采集子系统(41)包括：高密度外贴式网状电极帽和脑电专用放大器，所述高密度外贴式网状电极帽，用于连接人脑采集脑电信号，并将采集到的脑电信号传输给脑电专用放大器；所述脑电专用放大器，用于对采集到的脑电信号进行放大并进行数字滤波，将得到的信号传输给脑电数据显示记录子系统(42)。所述脑电数据显示记录子系统(42)的功能包括：创建数据采集会话，用于数据采集软件创建并维护一个脑电采集记录会话，在该会话期间可以暂停或停止脑电记录；结束数据采集会话，用于结束最近创建的数据采集会话；同步数据采集时间，用于发送时间同步命令，并附带视景模拟子系统(32)的实时时间戳；开始记录脑电，用于控制数据采集软件开始记录脑电；结束记录脑电，用于控制数据采集软件停止记录脑电；发送事件标记，用于向数据采集软件发送事件标记命令，并附带实时时间戳，数据采集软件根据时间戳将事件名称标记在脑电数据中。所述脑力负荷评定子系统(43)包括：脑电实验设计部分，用于设计不同脑力负荷状态的实验，使同一被试人员在不同时间段，相同的外部实验条件下，进行不同难度的模拟飞行任务；模拟飞行任务设计部分，用于设计不同难度的模拟飞行任务，使被试人员在规定时间范围内完成飞机从起飞到降落的飞行过程。实验数据预处理部分，用于脑电数据的预处理，包括脑电数据与刺激事件数据的融合、去除眼电、分段、滤波、基线调整、排除肌电伪迹、删除坏电极、平均叠加、保存和总平均；实验结果分析部分，用于在完成原始数据处理的基础上，进行脑电信号功率谱分析、MMN和P3a结果分析以及主观评价结果分析。所述脑电实验程序设计同时用于辅助实验人员流畅的完成实验流程，尽量避免在脑电采集过程中出现人为的干预。所述脑电实验程序设计包括：飞行任务指示部分，用于显示本次试验的任务流程信息，使被试人员按照指示操纵飞机飞行；刺激事件呈现部分，用于被试人员根据不同的任务对仪表信息，HUD指示、声光刺激等作出按键响应；飞行任务操作绩效记录部分，用于系统将操作绩效记录到数据库中；脑力负荷主观评价部分，用于在实验结束后系统呈现NASA-TLX脑力负荷评价表，被试根据自身感受在该界面进行评价。所述实验数据预处理部分包括：数据融合处理，用于根据时间将刺激事件数据写入脑电数据中达到数据融合，方便后续脑电数据的分析；减少眼电伪迹，用于减少眼电对脑电信号的影响，尽可能删除眼电伪迹；脑电分段，用于以刺激事件发生为起点，对连续记录的脑电数据按照事件发生时段进行分段；信号滤波，用于排除50Hz市电和其他频率信号伪迹的干扰；基线校正，用于选择所有导联脑电数据进行线性平移；排除伪迹，用于对波幅进行处理，针对一导或多导，将某一范围内的伪迹成分删除；删除坏电极通道，用于在进入电极状态图后，根据电极的好坏进行通道的删除；平均，用于对相同任务引起的刺激加以叠加；保存，用于将生成的平均文件进行存盘；总平均，用于采取批处理文件的方式对任务相同的数据进行平均处理。所述实验结果分析部分包括：脑电信号功率谱分析，用于对脑电信号进行功率谱分析，分析功率频谱图中不同波段的能量高低；MMN和P3a结果分析，用于提取高低脑力负荷下的MMN和P3a成分并分析MMN和P3a成分随脑力负荷的变化趋势；主观评价结果分析，用于被试人员在静息态结束后和高低脑力负荷任务的每个环节完成后在NASA-TLX量表上做出主观评价。此外，本专利技术尚有如下的方案：所述模拟飞行仿真分析系统(2)包括：主控台子系统(21)，用于仿真实验目标的选择以及实验的初始化设置，并对飞行器的仿真模型以及飞行仿真参数进行加载和设置；实时曲线显示子系统(22)，用于绘制仿真系统参数关于时间的变化曲线以便于对系统参数的变化规律进行实时观测；实时参数显示子系统(23)，用于对仿真过程中的各系统参数进行实时显示；数据存储子系统(24)，用于仿真过程中数据的实时读取和存储，并在仿真结束后将数据压缩，生成用于数据库软件进行分析的数据包；数据管理子系统(25)，用于对平台参数信息进行统一管理，生成系统参数接口文件和用于数据库解析的模板文件，对数据存储本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于脑电的模拟飞行器的脑电测评系统，其特征在于，包括：仿真实验台硬件系统(1)、模拟飞行仿真分析系统(2)、模拟飞行驾驶系统(3)和脑电实验系统(4)；所述的仿真实验台硬件系统(1)用于模拟飞机座舱的真实物理环境；所述的模拟飞行仿真分析系统(2)，用于仿真流程管理、飞行仿真参数显示、实时参数曲线显示和数据记录及数据管理；所述的模拟飞行驾驶系统(3)，用于模拟飞机座舱的内部操纵环境以及飞行时的实时飞行状态和外部环境；所述的脑电实验系统(4)，用于脑电采集及预处理、飞行操作绩效记录以及脑力负荷及疲劳度测评。

【技术特征摘要】
1.一种基于脑电的模拟飞行器的脑电测评系统，其特征在于，包括：仿真实验台硬件系统(1)、模拟飞行仿真分析系统(2)、模拟飞行驾驶系统(3)和脑电实验系统(4)；所述的仿真实验台硬件系统(1)用于模拟飞机座舱的真实物理环境；所述的模拟飞行仿真分析系统(2)，用于仿真流程管理、飞行仿真参数显示、实时参数曲线显示和数据记录及数据管理；所述的模拟飞行驾驶系统(3)，用于模拟飞机座舱的内部操纵环境以及飞行时的实时飞行状态和外部环境；所述的脑电实验系统(4)，用于脑电采集及预处理、飞行操作绩效记录以及脑力负荷及疲劳度测评。2.如权利要求1所述的基于脑电的模拟飞行器的脑电测评系统，其特征在于，所述脑电实验系统(4)包括：脑电采集子系统(41)、脑电数据显示记录子系统(42)和脑电数据显示记录子系统(42)；所述脑电采集子系统(41)，用于脑电的采集及脑电数据的预处理，并将脑电数据传输给所述脑电数据显示记录子系统(42)；所述脑电数据显示记录子系统(42)，用于脑电数据的曲线显示以及数据存储；所述脑力负荷评定子系统(43)，用于评定飞行员在执行飞行任务过程中和飞行试验后的脑力负荷程度。3.如权利要求2所述的基于脑电的模拟飞行器的脑电测评系统，其特征在于，所述脑电采集子系统(41)包括：高密度外贴式网状电极帽和脑电专用放大器，所述高密度外贴式网状电极帽，用于连接人脑采集脑电信号，并将采集到的脑电信号传输给脑电专用放大器；所述脑电专用放大器，用于对采集到的脑电信号进行放大并进行数字滤波，将得到的信号传输给脑电数据显示记录子系统(42)。4.如权利要求2所述的基于脑电的模拟飞行器的脑电测评系统，其特征在于，所述脑电数据显示记录子系统(42)的功能包括：创建数据采集会话，用于数据采集软件创建并维护一个脑电采集记录会话，在该会话期间可以暂停或停止脑电记录；结束数据采集会话，用于结束最近创建的数据采集会话；同步数据采集时间，用于发送时间同步命令，并附带视景模拟子系统(32)的实时时间戳；开始记录脑电，用于控制数据采集软件开始记录脑电；结束记录脑电，用于控制数据采集软件停止记录脑电；发送事件标记，用于向数据采集软件发送事件标记命令，并附带实时时间戳，数据采集软件根据时间戳将事件名称标记在脑电数据中。5.如权利要求2所述的基于脑电的模拟飞行器的脑电测评系统，其特征在于，所述脑力负荷评定子系统(43)包括：脑电实验设计部分，用于设计不同脑力负荷状态的实验，使同一被试...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，张冀聪，张康宁，白永超，罗煜，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11