1．目的及意义

1.1 研究目的及意义

近年来，无人机的应用和研究广泛受到各个方面的重视。世界主要国家在发展长航时无人机和作战无人机的同时，也在着力发展小型和微型无人机。小型无人机具有体积较小、质量较轻、无人驾驶、可重复使用、能够在空中自主飞行等特点，因而在军民两用方面具有十分广阔的应用前景。在错综复杂的环境中，小型无人机可代替人类进入某些人类不适合进入的区域或先行去执行一些不适合人类完成的任务。在军用领域，微小型无人机可在近距离的位置对敌方进行侦查、目标锁定、火炮较射、电子对抗、情报获取、近距离空中支持和禁飞巡逻等任务。在民用和科技领域，除了可用于航空摄影、气象探测、勘探测绘、环境研究、核辐射探测、通信中继、水灾监视、森林火灾防救、电力线路检查等外，小型无人机在大型牧场和城区监视等方面也具有极大的市场前景。四旋翼无人机作为小型无人机的一种，已有八十多年的历史，但由于其有效载荷较小，续航时间较短等不足，一直没有受到足够地关注。近年来，各项关键性技术都取得了突破性的进展，比如新型材料的应用、微处理器技术的进步、传感器工艺的提高（例如MEMS器件的快速发展）、电池续航能力的提升以及动力装置的改善等，这些都为四旋翼无人机的发展提供了必要的前提条件。四旋翼无人机在民用及军事方面的用途日益广泛，进一步为其发展提供了强大的动力。以上这些条件都促使四旋翼无人机逐步成为无人机研究领域中的一个热点。而一个良好的无人机控制系统则是无人机系统中的关键子系统，一个便捷的控制系统对无人机尤为重要，目前大多数四旋翼无人机都需用遥控来控制，不够人性化，本文设计一种基于运动想象信号的无人机控制系统来实现无人机的控制，即设计一个脑机接口实现运动想象信号对无人机的控制。脑机接口(Brain Computer Interface, BCI)通过对脑电信号的分析和处理,提供用户与外界设备通信和控制的信道,是一种新的人机交互方式。BCI系统涉及计算机通信与控制、生物医学工程和康复医学等领域,已经成为交叉学科的热点课题。基于运动想象的BCI系统主要是将运动想象激发大脑运动皮层脑电节律变化的脑电信号作为输入,通过信号处理部分判断运动想象种类,然后由计算机将运动想象种类翻译成控制命令,最终可以实现人脑与外部设备的通信及控制功能。脑机接口研究最初的想法是为残疾人提供一个与外界进行交流的通信方式，让他们通过这样的系统用自己的思维操控轮椅、假肢等。但随着脑机接口技术的日益成熟、社会对智能机器人的需求逐渐增加，脑机接口机器人的概念应运而生。脑机接口机器人采用BCI进行人机交互，由人的思维控制机器人从事各种工作。脑机接口机器人不仅在残疾人康复、老年人护理方面具有显著的优势，而且在军事、人工智能、娱乐等方面也具有广阔的应用前景。将其应用于无人机能给无人机的控制带来很大的便捷。

1.2 国内外研究现状

近些年，随着处理器和数字式传感器的工艺和架构的进步，高性能微处理器和微传感器成为无人机飞控的核心模块。数字式的飞控系统不断发展逐渐取代了以模拟电路为主的飞控系统，传感器与芯片等新技术的发展使得完成小型化、低功耗、低成本、高性能的飞控成为可能。小型无人机凸显出结构简单、重量轻、使用灵活等特点，其卓越的性能和广泛的应用前景，使得各个大国纷纷投入大量人力财力发展各型无人机。随着 MEMS技术的飞速发展，数字式、小封装、低功耗、高性能和易集成的MEMS传感器具有广阔的应用前景。发达国家得益于在处理器和传感器上的高速发展在小型无人机飞行控制系统方面处于先进水平，如美国、以色列、加拿大等发达国家处于领先地位。飞机的飞控系统发展有以下几个阶段：（1）20世纪初，1912年美国成功研制第一台可以保持飞机稳定平飞的电动陀螺稳定装置，是一种很简单的飞机稳定装置。（2）50年代到60年代，随着飞机飞行速度和高度范围的不断扩展变大，对飞机飞控的要求也越来越高。因此采用自动控制技术来稳定飞行的自动控制系统相继问世，出现了随着飞行的空速和飞行高度变化的可变系统参数飞控系统、驾驶仪与增稳系统集成的联合控制系统。（3）70年代后，以模拟计算机为核心的飞控系统逐渐发展到已普遍应用、方便扩展互联的数字式飞控，这使飞控系统成为更完善，更复杂的综合系统成为可能。（4）80年代以后，迅速发展的火控系统、推进装置和飞行控制系统集合到一起。新技术的应用和系统的高度集成使飞控的功能不断扩展。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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一、基本内容

1、了解无人机的控制算法及指令

2、学习基于qt的无人机控制软件的设计

3、利用CSP方法，实现运动想像信号分类

4、设计外围电路，实现控制软件与无人机数据通信，研究基本的无人机运动控制算法

二、技术方案

本项目拟采用基于QT环境和C 语言编写无人机控制系统软件，QT GUI 库设计精良，有商业公司支持，支持的平台众多，类库多，文档丰富，是C 跨平台界面库的第一选择。输入信号为拟采用共空间模式（Common spatial pattern，CSP）算法进行运动想象脑电信号处理分类后的信号，针对不同的输入信号无人机控制系统软件输出对应的控制指令，控制指令通过上位机串口转WiFi模块与无人机进行实时通信，以控制无人机的飞行。