史添玮等：基于半自主导航与运动想象的多旋翼飞行器二维空间目标搜索 ·1265· 器降落 3目标搜索实验及结果分析 3.1实验过程 为验证该BCI系统的适应性与控制稳定性，10名 健康被试者参与了实际目标搜索实验.其中，4名男性 40cm一 -65cm- 与2名女性（年龄21.4±1.5岁）参加过Ml训练；2名 男性与2名女性（年龄21±1.7岁）未参加过MI训练. 40 cm 图6为环境俯视图与搜索目标示意图.搜索目标被悬 图6实验区域俯视图与搜索目标示意图 挂在墙上且位置对被试者未知.被试者预先并不熟悉 Fig.6 Top view of the environmental area and search target 该实验区域 不使用BCI系统完成实验，4名未参加过MI训练的被 目标搜索实验分为两部分：使用与不使用（对比 试者参与该部分实验.实验开始前，被试者双手持手 实验，使用手机控制)BCI系统完成目标搜索实验.对 机舒适地坐在扶手椅上放松1min,双眼与手机屏幕的 于使用BCI系统完成实验，10名被试者均参加该部分 间距为20cm.为保证被试者对实验区域存在陌生感， 实验.实验开始前，被试者穿戴电极帽舒适地坐在扶 该部分实验更换了标记“Start”与“Target'”的位置.图 手椅上放松5min,双眼与显示器的间距为50cm.对于 7为被试者完成目标搜索实验示意图. 图7被试者完成目标搜索实验示意图 Fig.7 Images of the subjects completing the experiments 3.2目标搜索实验结果分析 7~10的实验分为两部分.表1给出了比较结果（使用 图8(a)为参加过M训练的被试者(1~6)使用 “均值±标准偏差”表示.第一部分距离误差（距离误 BCI系统完成实验的俯视实际轨迹，其较平缓且集中 差1，单位cm),第二部分距离误差（距离误差2，单位 于实验区域的中心.其中，被试者4与5花费最少的 cm),第一部分旋转误差（旋转误差1，单位（°）)与第 时间与指令完成，仅被试者3在第一个交叉路口处出 二部分旋转误差（旋转误差2，单位(）).被试者在 现相对较大的偏移.这是由于被试者在方向选择时首 实验第二部分中具有较小的距离误差和旋转误差.与 先选择左转，然后又选择前向飞行. 实验第一部分相比，被试者在较短的时间内掌握了相 图8(b)为未参加过MI训练的被试者(7~10)使 关I任务，能更好的应用该BCI系统，尽管他们没有 用BCI系统完成实验的俯视实际轨迹.由于开始阶段 达到被试者1~6的控制精度，但是差异已很小，其验 被试者不熟悉MI任务，导致其未选择提供的可行飞 证该BCI系统具有良好的适应性 行方向而必须执行M任务控制飞行器，造成飞行器 针对使用BCI系统与手机两种不同控制方式，表 在沿直线飞行以及旋转过程中产生较大偏移，例如：从2给出实验对比结果（使用“平均值±标准偏差”表示， 标记“tat”至标记1与标记2之间的轨迹.与被试者 其中，B表示使用BCI系统，S表示使用手机.BCI系 1~6相比，他们花费了较多的时间以及指令数. 统距离误差（距离误差B,单位cm),BCI系统旋转误 图8(c)为被试者7~10使用手机完成实验的俯 差（旋转误差B,单位（°）)，手机控制距离误差（距离 视实际轨迹.由于重力感应设备参与飞行器控制，被 误差S,单位cm)与手机控制旋转误差（旋转误差S,单 试者的下意识动作可能触发飞行器左、右平移或高度 位()).表2表明，相对于手机控制方式，该BCI系 变化，因此，其适应性与控制稳定性较差，其验证该 统具有较小的距离误差与旋转误差，其验证该BCI系 BCI系统具有较好的控制稳定性. 统具有更好的控制稳定性. 为验证被试者是否已掌握该BCI系统及其适应 与文献[8]相比，由于该BCI系统融入了半自主 性，根据图8(b)轨迹以及完成实验的时间，将被试者 导航子系统，被试者无需长时间执行MI任务，减少了史添玮等: 基于半自主导航与运动想象的多旋翼飞行器二维空间目标搜索 器降落. 3 目标搜索实验及结果分析 3郾 1 实验过程 为验证该 BCI 系统的适应性与控制稳定性,10 名 健康被试者参与了实际目标搜索实验. 其中,4 名男性 与 2 名女性(年龄 21郾 4 依 1郾 5 岁)参加过 MI 训练;2 名 男性与2 名女性(年龄21 依 1郾 7 岁)未参加过 MI 训练. 图 6 为环境俯视图与搜索目标示意图. 搜索目标被悬 挂在墙上且位置对被试者未知. 被试者预先并不熟悉 该实验区域. 目标搜索实验分为两部分:使用与不使用(对比 实验,使用手机控制)BCI 系统完成目标搜索实验. 对 于使用 BCI 系统完成实验,10 名被试者均参加该部分 实验. 实验开始前,被试者穿戴电极帽舒适地坐在扶 手椅上放松 5 min,双眼与显示器的间距为 50 cm. 对于 图 6 实验区域俯视图与搜索目标示意图 Fig. 6 Top view of the environmental area and search target 不使用 BCI 系统完成实验,4 名未参加过 MI 训练的被 试者参与该部分实验. 实验开始前,被试者双手持手 机舒适地坐在扶手椅上放松 1 min,双眼与手机屏幕的 间距为 20 cm. 为保证被试者对实验区域存在陌生感, 该部分实验更换了标记“ Start冶与“ Target冶的位置. 图 7 为被试者完成目标搜索实验示意图. 图 7 被试者完成目标搜索实验示意图 Fig. 7 Images of the subjects completing the experiments 3郾 2 目标搜索实验结果分析 图 8(a)为参加过 MI 训练的被试者(1 ~ 6)使用 BCI 系统完成实验的俯视实际轨迹,其较平缓且集中 于实验区域的中心. 其中,被试者 4 与 5 花费最少的 时间与指令完成,仅被试者 3 在第一个交叉路口处出 现相对较大的偏移. 这是由于被试者在方向选择时首 先选择左转,然后又选择前向飞行. 图 8(b)为未参加过 MI 训练的被试者(7 ~ 10)使 用 BCI 系统完成实验的俯视实际轨迹. 由于开始阶段 被试者不熟悉 MI 任务,导致其未选择提供的可行飞 行方向而必须执行 MI 任务控制飞行器,造成飞行器 在沿直线飞行以及旋转过程中产生较大偏移,例如:从 标记“Start冶至标记 1 与标记 2 之间的轨迹. 与被试者 1 ~ 6 相比,他们花费了较多的时间以及指令数. 图 8(c)为被试者 7 ~ 10 使用手机完成实验的俯 视实际轨迹. 由于重力感应设备参与飞行器控制,被 试者的下意识动作可能触发飞行器左、右平移或高度 变化,因此,其适应性与控制稳定性较差,其验证该 BCI 系统具有较好的控制稳定性. 为验证被试者是否已掌握该 BCI 系统及其适应 性,根据图 8(b)轨迹以及完成实验的时间,将被试者 7 ~ 10 的实验分为两部分. 表 1 给出了比较结果(使用 “均值 依 标准偏差冶表示. 第一部分距离误差(距离误 差 1,单位 cm),第二部分距离误差(距离误差 2,单位 cm),第一部分旋转误差(旋转误差 1,单位(毅)) 与第 二部分旋转误差(旋转误差 2,单位(毅))). 被试者在 实验第二部分中具有较小的距离误差和旋转误差. 与 实验第一部分相比,被试者在较短的时间内掌握了相 关 MI 任务,能更好的应用该 BCI 系统,尽管他们没有 达到被试者 1 ~ 6 的控制精度,但是差异已很小,其验 证该 BCI 系统具有良好的适应性. 针对使用 BCI 系统与手机两种不同控制方式,表 2 给出实验对比结果(使用“平均值 依 标准偏差冶表示, 其中,B 表示使用 BCI 系统,S 表示使用手机. BCI 系 统距离误差(距离误差 B,单位 cm),BCI 系统旋转误 差(旋转误差 B,单位(毅)),手机控制距离误差(距离 误差 S,单位 cm)与手机控制旋转误差(旋转误差 S,单 位(毅))). 表 2 表明, 相对于手机控制方式,该 BCI 系 统具有较小的距离误差与旋转误差,其验证该 BCI 系 统具有更好的控制稳定性. 与文献[8] 相比,由于该 BCI 系统融入了半自主 导航子系统,被试者无需长时间执行MI任务,减少了 ·1265·