TCI 172-2023 撲翼飛行機器人機載視覺系統

ICS17.180.30CCSN35團 體 標 準172-2023撲翼飛行機器人機載視覺系統Thetechnicalspecificationfortheairbornevisionsystemofbionicflappingwingunmannedaerialvehicle2023-11-02發(fā)布

2023-11-02實施1中國國際科技促進會 發(fā)布1PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANII目次前 言 II范圍 1規(guī)范性引用文件 1術語、定義和縮略語 1系統功能和組成 2技術要求 9驗證試驗 11標識、包裝、運輸和貯存 13前 言GB/T1.1-20201某些內容可能涉及專利，本標準的發(fā)布機構不承擔識別這些專利的責任。本文件由中國國際科技促進會提出并歸口。PAGEPAGE10撲翼飛行機器人機載視覺系統范圍本文件適用于仿生撲翼飛行機器人（翼展在0.18m~2m）的機載視覺系統及其部件的設計與驗證，其他撲翼飛行機器人機載視覺系統可參照執(zhí)行。規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T14394計算機軟件可靠性和可維護性管理GB/T17618—2015包裝儲運圖示標志GB/T35018民用無人駕駛航空器系統分類及分級GB/T38152無人駕駛航空器系統術語GB/T38924(所有部分)民用輕小型無人機系統環(huán)境試驗方法GB/T8566信息技術軟件生存周期過程GB/T9254—2008信息技術設備的無線電騷擾限值和測量方法術語、定義和縮略語術語和定義GB/T35018、GB/T38152界定的以及下列術語和定義適用于本文件。仿生撲翼飛行機縮略語下列縮略語適用于本文件。CAN:控制器局域網總線(ControllerAreaNetwork)GNSS:全球導航衛(wèi)星系統(GlobalNavigationSatelliteSystem)IMU:慣性測量單元(InertialMeasurementUnit)UART:通用異步收發(fā)傳輸器(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter)USB:通用串行總線(UniversalSerialBus)PSNR:峰值信噪比(PeakSignal-to-NoiseRatio)SSIM:結構相似性(StructuralSIMilarity)系統功能和組成概述撲翼飛行機器人機載視覺系統功能及組成如圖1所示。圖1撲翼飛行機器人機載視覺系統功能及組成系統功能實時航拍功能一般要求系統應具有以下實時航拍功能：2個方向上的運動；時傳回清晰圖像的功能。PSNR20，SSIM0.7，滿足人員觀看需求；獲取。云臺消抖功能系統應具有以下云臺消抖功能：云臺具有較高的控制精度和較快的響應速度；可抑制轉動干擾力和力矩；具備守望功能和斷電記憶功能。圖像傳輸功能系統應具有以下圖像傳輸功能：圖像采集與處理；數據實時傳輸。圖像處理功能系統應具有以下圖像處理功能：圖像預處理；特征識別與擬合；模式匹配；3D測量功能。數據處理功能包括但不限于以上單項或者多項功能。外部控制功能系統應具有以下視覺單元功能：暫停；繼續(xù)運行；復位；停止運動。視覺單元應能夠接受外部系統的控制命令來執(zhí)行不同的操作。狀態(tài)輸出功能系統應具有以下狀態(tài)輸出功能：系統是否準備就緒；航拍輸出信號：視覺單元在完成圖像獲取時輸出狀態(tài)變化；出錯預警：當視覺單元出現正常運行的異常時輸出告警狀態(tài)指示；障礙物相關信息，如：距離。視覺單元應具備通過通信接口輸出以上狀態(tài)信息。相機模態(tài)切換控制功能系統應具有以下相機模態(tài)切換控制功能：可根據控制需要隨時手動切換不同視角模式；可根據航拍對象的大小實自主長/短焦切換。目標識別與跟蹤功能目標識別功能如圖2所示，系統應具有以下目標識別功能:執(zhí)行飛行任務時能夠對特定目標（如人、車、建筑物）等進行識別；獲得車輛、行人等目標的位置、形狀及大小信息。圖2撲翼飛行機器人機載視覺系統目標識別功能進行目標識別時，目標識別準確度均值宜不小于0.6。目標跟蹤功能如圖3所示，應包括：在實際飛行任務中，車輛、人等目標是不斷移動變化的，需具備實時信息動態(tài)更新功能；目標跟蹤時具備路徑優(yōu)化功能。進行目標跟蹤時，目標持續(xù)處于畫面中的時間宜不小于1min。圖3撲翼飛行機器人機載視覺系統目標跟蹤功能數據記錄功能機載視覺系統數據要求機載視覺系統應能夠以≥10Hz的頻率向機載數據記錄系統提供如下信息：云臺姿態(tài)；目標圖像坐標；視頻流傳輸狀態(tài)；相機模式信息；系統故障信息；系統告警信息；其他要求的信息。地面控制單元數據要求撲翼飛行機器人系統地面控制單元配備了地面數據記錄系統時，機載視覺系統應能夠以≥1Hz的頻率向地面控制單元發(fā)送如下信息：云臺姿態(tài)；視頻流傳輸狀態(tài)；相機模式信息；其他要求的信息。記錄要求機載視覺系統宜集成數據記錄功能，應滿足以下要求：可實時記錄飛行數據；可記錄最近至少３個架次的飛行數據；可采取信息安全措施，防止篡改和刪除；可被正確和完整地拷貝；可被規(guī)定的數據分析工具正確而完整地讀取和解析；當數據記錄的讀寫和記錄出現異常時，可限制撲翼飛行機器人起飛并提供必要的警告信息；可采取時間序列格式進行飛行數據記錄；可循環(huán)記錄。自檢功能上電自檢功能飛行前自檢功能飛行前自檢功能應包括：部件或模塊的功能正確性檢測功能；關鍵部件或模塊的性能檢測功能；起飛條件檢查功能；給出檢測結果正?；蚬收系闹甘竟δ?；存在故障時進行故障定位功能；進入/退出聯鎖條件判斷功能,以確保飛行前自檢功能可靠進入/退出；測試結果宜記錄于非易失存儲器中。飛行中自檢功能飛行中自檢功能應包括：電子部件應具有飛行中自檢功能；處理器、電源、接口等基本模塊應具備飛行中自檢功能；測試結果宜記錄在非易失存儲器中。維護自檢功能維護自檢功能應包括：撲翼飛行機器人機載視覺系統全部設備維護檢測的功能；允許操作人員選擇各種測試模式、測試項目、顯示模式；動力裝置啟動與關閉功能；傳感器校準或對準等功能；進入/退出聯鎖條件判斷功能，以確保維護自檢可靠進入/退出。設備管理功能云臺動力管理功能云臺動力管理功能應包括：動力裝置啟動功能；動力裝置停機功能；動力裝置功率控制功能；動力裝置參數與狀態(tài)監(jiān)測功能；電動動力設備剩余電量提示與告警功能。電氣管理功能電氣管理功能應包括：電氣參數與狀態(tài)監(jiān)測功能；相關用電設備接通與斷開控制功能；對相關用電設備供電自保護功能；余度電源切換控制功能；電池余量計算與余電不足告警功能。任務設備管理功能任務設備管理功能應包括：任務設備控制功能；任務設備狀態(tài)監(jiān)視功能；任務設備控制命令轉發(fā)功能。組成部件一般要求機載視覺系統由傳感、計算、執(zhí)行等部件或模塊組成。系統組成部件（設備、組件、零件）應滿足下列要求：標準化要求：部件的設計應盡量滿足標準化要求，組件或零件更換后，不需要重新調整參數或重新調整其他部件或零件以保持整體性能和公差；互換性要求：無論是制造或采購的相同設備、組件和可替換零件都應符合互換性要求；規(guī)范與標準的選擇：自制零件、部件或采購零件、部件應滿足國家標準、行業(yè)標準和企業(yè)標準。傳感部件組成傳感部件宜包含以下設備或部分設備的組合：IMU；可提供視覺信息的傳感器或傳感器組合，如相機；可提供姿態(tài)信息的傳感器或傳感器組合，如垂直陀螺；根據需要選配可提供相對定位信息的傳感器或傳感器組合，如紅外測距儀；根據需要選配圖傳設備，可實時回傳高質量的航拍畫面。功能傳感部件宜具有以下功能：測量、計算云臺三軸角速率、三軸加速度、俯仰角、橫滾角等信息的功能；獲得撲翼飛行機器人前方及下方圖像的功能；設置傳感器安裝位置等參數的功能；傳感器故障自檢功能；宜具有改善傳感器性能的標定功能；宜具有傳感器信息防篡改的功能。其他要求傳感部件宜考慮以下要求：關鍵傳感器（如垂直陀螺、相機等）必要時采用冗余等安全機制；IMU的精度影響較大時，宜采取恒溫結構、溫度校準等措施；IMU的精度影響較大時，宜采取減震/隔震結構、抗混疊濾波器等措施。計算部件計算部件宜滿足以下要求：計算部件組成應包括：處理模塊、電源模塊、接口模塊等；計算部件的輸入信號宜具有有效性檢查功能；計算部件的輸入、輸出信號宜具有可測試性。執(zhí)行部件執(zhí)行部件應滿足以下要求：接口、指標與機載視覺系統要求相一致；宜采用直流電源作為能源。技術要求接口一般要求機載視覺系統制造商應制定相關的接口技術規(guī)范，應規(guī)定：接口的類型與數量；相關的電氣特性、機械特性、接口標識和通信接口；功能與性能描述；接插件和線材等。電氣接口機載視覺系統應對所有電氣接口特性進行定義。除另有規(guī)定外，電氣接口特性應包括：供電方式；適用供電電壓、電流與功率范圍；供電電壓波動、抗干擾與沖擊電壓要求；接口信號工作頻率與負載能力；信號接口電平、波形、極性與相位關系；信號的輸出輸入屬性；阻抗與絕緣阻抗。機械接口接口分類根據用戶對接口的可觀察性和可操作性，接口可分為：不支持用戶插拔接口；支持用戶插拔接口：用戶易于檢查與操作的接口；用戶不易檢查與操作的接口。a)b)2)類接口，接口與連接器之間的最小保持力應能夠抵御在正常運b)1)類接口，接口與連接器之間的最小保持力應能夠抵御在正常飛行過程的振動環(huán)境和正常著陸與空中輕微碰撞過程中的沖擊力。機械接口要求機械接口宜考慮如下要求：接口防錯插，如采取防反插設計、接口標識等；防腐、防銹，特別是與飛行安全相關的接口；不易損性，對于用戶經常操作的機械接口，在規(guī)定的使用條件下和預期的使用時間內，接口與連接器之間的保持力不得低于規(guī)定的最小保持力。通信接口通信接口要求應包括：、CAN等；監(jiān)控功能；對于某些需要防止惡意篡改的信息，如全球導航衛(wèi)星信息、限飛數據等，系統應采取可靠的信息安全措施，如簽名認證、信息加密等技術。飛行監(jiān)管接口機載視覺系統應能夠提供符合要求的飛行監(jiān)管數據，并滿足相關的飛行監(jiān)管接口要求。軟件系統軟件應滿足GB/T8566、GB/T14394等相關國家標準與專用規(guī)范要求。軟件應具有維護性和驗證性。安全性可靠性系統可靠性設計宜制定產品的可靠性設計準則，按需開展可靠性分配、預計和驗證工作。維修性環(huán)境適應性自然環(huán)境GB/T38924(所有部分)中規(guī)定的相關要求。誘發(fā)環(huán)境在撲翼飛行機器人誘發(fā)的振動、沖擊等機械環(huán)境條件下，機載視覺系統應可正常工作。GB/T38924(所有部分)中規(guī)定的相關要求。電磁兼容性機載視覺系統及其部件的電磁兼容性應滿足撲翼飛行機器人系統兼容工作，宜考慮：GB/T9254—2008A級要求；GB/T17618—20153B級要求；GB/T17618—20152A級要求；與平臺兼容工作的要求。驗證試驗試驗類型型式試驗型式試驗是為了驗證機載視覺系統能否滿足產品規(guī)范的全部要求所進行的試驗。出廠檢驗出廠檢驗是指研制單位在機載視覺系統出貨之前為保證出貨產品滿足用戶品質要求所進行的檢驗，應采用抽樣檢驗的方式。型式試驗試驗項目型式試驗項目應包括：接口測試；功能測試；性能測試；傳感器測試；環(huán)境適應性測試；電磁兼容性測試；外觀檢查；其他(如安全性、可靠性、維修性試驗等)。合格判據型式試驗合格判據包括：測試結果滿足要求時，判定型式試驗合格；若其中任一試驗項目不符合要求，允許排除故障后再次提交試驗；若檢驗合格仍可判定為型式試驗合格。出廠檢驗檢驗項目出廠檢驗項目應包括：接口測試；功能測試；性能測試；外觀檢查。合格判據出廠檢驗合格判據包括：完成全部試驗項目且滿足全部要求時，判定該產品出廠試驗合格；若其中任一檢驗項目不符合要求，則應暫停成品的檢驗與交付，在找出缺陷原因并采取有效糾正措施后，重新進行加倍抽樣檢驗。安裝、標識、包裝、運輸和貯存安裝撲翼飛行機器人的要求撲翼飛行機器人應該有足夠的電源輸出，以滿足機載視覺系統的功耗需求。機載視覺系統的要求機載視覺系統應滿足以下要求：重量和平衡：機載視覺系統的重量必須在撲翼飛行機器人的負載范圍內，確保撲翼飛行機器人平衡穩(wěn)定飛行。傳感器校準：相機、云臺等，在安裝后應仔細校準，以確保機載視覺系統輸出的數據準確。標識產品標識獨立銷售的機載視覺系統應標明：產品名稱、型號；適用電壓；產品序列號，以便于能夠追溯到產品的生產日期、出廠前檢測數據等；制造商或商標；其他必要的標識。包裝標識包裝標識應滿足GB/T191中的相關規(guī)定。包裝產品應與包裝標識相一致，產品包裝通常滿足如下要求：應選擇適當的材料、形式和結構，