TCI 172-2023 撲翼飛行機(jī)器人機(jī)載視覺系統(tǒng)

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

2023-11-02實(shí)施1中國國際科技促進(jìn)會(huì) 發(fā)布1PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANII目次前 言 II范圍 1規(guī)范性引用文件 1術(shù)語、定義和縮略語 1系統(tǒng)功能和組成 2技術(shù)要求 9驗(yàn)證試驗(yàn) 11標(biāo)識(shí)、包裝、運(yùn)輸和貯存 13前 言GB/T1.1-20201某些內(nèi)容可能涉及專利，本標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別這些專利的責(zé)任。本文件由中國國際科技促進(jìn)會(huì)提出并歸口。PAGEPAGE10撲翼飛行機(jī)器人機(jī)載視覺系統(tǒng)范圍本文件適用于仿生撲翼飛行機(jī)器人（翼展在0.18m~2m）的機(jī)載視覺系統(tǒng)及其部件的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，其他撲翼飛行機(jī)器人機(jī)載視覺系統(tǒng)可參照?qǐng)?zhí)行。規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)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(jì)算機(jī)軟件可靠性和可維護(hù)性管理GB/T17618—2015包裝儲(chǔ)運(yùn)圖示標(biāo)志GB/T35018民用無人駕駛航空器系統(tǒng)分類及分級(jí)GB/T38152無人駕駛航空器系統(tǒng)術(shù)語GB/T38924(所有部分)民用輕小型無人機(jī)系統(tǒng)環(huán)境試驗(yàn)方法GB/T8566信息技術(shù)軟件生存周期過程GB/T9254—2008信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾限值和測(cè)量方法術(shù)語、定義和縮略語術(shù)語和定義GB/T35018、GB/T38152界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。仿生撲翼飛行機(jī)縮略語下列縮略語適用于本文件。CAN:控制器局域網(wǎng)總線(ControllerAreaNetwork)GNSS:全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GlobalNavigationSatelliteSystem)IMU:慣性測(cè)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(jié)構(gòu)相似性(StructuralSIMilarity)系統(tǒng)功能和組成概述撲翼飛行機(jī)器人機(jī)載視覺系統(tǒng)功能及組成如圖1所示。圖1撲翼飛行機(jī)器人機(jī)載視覺系統(tǒng)功能及組成系統(tǒng)功能實(shí)時(shí)航拍功能一般要求系統(tǒng)應(yīng)具有以下實(shí)時(shí)航拍功能：2個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)；時(shí)傳回清晰圖像的功能。PSNR20，SSIM0.7，滿足人員觀看需求；獲取。云臺(tái)消抖功能系統(tǒng)應(yīng)具有以下云臺(tái)消抖功能：云臺(tái)具有較高的控制精度和較快的響應(yīng)速度；可抑制轉(zhuǎn)動(dòng)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(tǒng)應(yīng)具有以下圖像傳輸功能：圖像采集與處理；數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸。圖像處理功能系統(tǒng)應(yīng)具有以下圖像處理功能：圖像預(yù)處理；特征識(shí)別與擬合；模式匹配；3D測(cè)量功能。數(shù)據(jù)處理功能包括但不限于以上單項(xiàng)或者多項(xiàng)功能。外部控制功能系統(tǒng)應(yīng)具有以下視覺單元功能：暫停；繼續(xù)運(yùn)行；復(fù)位；停止運(yùn)動(dòng)。視覺單元應(yīng)能夠接受外部系統(tǒng)的控制命令來執(zhí)行不同的操作。狀態(tài)輸出功能系統(tǒng)應(yīng)具有以下狀態(tài)輸出功能：系統(tǒng)是否準(zhǔn)備就緒；航拍輸出信號(hào)：視覺單元在完成圖像獲取時(shí)輸出狀態(tài)變化；出錯(cuò)預(yù)警：當(dāng)視覺單元出現(xiàn)正常運(yùn)行的異常時(shí)輸出告警狀態(tài)指示；障礙物相關(guān)信息，如：距離。視覺單元應(yīng)具備通過通信接口輸出以上狀態(tài)信息。相機(jī)模態(tài)切換控制功能系統(tǒng)應(yīng)具有以下相機(jī)模態(tài)切換控制功能：可根據(jù)控制需要隨時(shí)手動(dòng)切換不同視角模式；可根據(jù)航拍對(duì)象的大小實(shí)自主長/短焦切換。目標(biāo)識(shí)別與跟蹤功能目標(biāo)識(shí)別功能如圖2所示，系統(tǒng)應(yīng)具有以下目標(biāo)識(shí)別功能:執(zhí)行飛行任務(wù)時(shí)能夠?qū)μ囟繕?biāo)（如人、車、建筑物）等進(jìn)行識(shí)別；獲得車輛、行人等目標(biāo)的位置、形狀及大小信息。圖2撲翼飛行機(jī)器人機(jī)載視覺系統(tǒng)目標(biāo)識(shí)別功能進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別時(shí)，目標(biāo)識(shí)別準(zhǔn)確度均值宜不小于0.6。目標(biāo)跟蹤功能如圖3所示，應(yīng)包括：在實(shí)際飛行任務(wù)中，車輛、人等目標(biāo)是不斷移動(dòng)變化的，需具備實(shí)時(shí)信息動(dòng)態(tài)更新功能；目標(biāo)跟蹤時(shí)具備路徑優(yōu)化功能。進(jìn)行目標(biāo)跟蹤時(shí)，目標(biāo)持續(xù)處于畫面中的時(shí)間宜不小于1min。圖3撲翼飛行機(jī)器人機(jī)載視覺系統(tǒng)目標(biāo)跟蹤功能數(shù)據(jù)記錄功能機(jī)載視覺系統(tǒng)數(shù)據(jù)要求機(jī)載視覺系統(tǒng)應(yīng)能夠以≥10Hz的頻率向機(jī)載數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)提供如下信息：云臺(tái)姿態(tài)；目標(biāo)圖像坐標(biāo)；視頻流傳輸狀態(tài)；相機(jī)模式信息；系統(tǒng)故障信息；系統(tǒng)告警信息；其他要求的信息。地面控制單元數(shù)據(jù)要求撲翼飛行機(jī)器人系統(tǒng)地面控制單元配備了地面數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)時(shí)，機(jī)載視覺系統(tǒng)應(yīng)能夠以≥1Hz的頻率向地面控制單元發(fā)送如下信息：云臺(tái)姿態(tài)；視頻流傳輸狀態(tài)；相機(jī)模式信息；其他要求的信息。記錄要求機(jī)載視覺系統(tǒng)宜集成數(shù)據(jù)記錄功能，應(yīng)滿足以下要求：可實(shí)時(shí)記錄飛行數(shù)據(jù)；可記錄最近至少３個(gè)架次的飛行數(shù)據(jù)；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(shù)據(jù)分析工具正確而完整地讀取和解析；當(dāng)數(shù)據(jù)記錄的讀寫和記錄出現(xiàn)異常時(shí)，可限制撲翼飛行機(jī)器人起飛并提供必要的警告信息；可采取時(shí)間序列格式進(jìn)行飛行數(shù)據(jù)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(yīng)包括：部件或模塊的功能正確性檢測(cè)功能；關(guān)鍵部件或模塊的性能檢測(cè)功能；起飛條件檢查功能；給出檢測(cè)結(jié)果正?；蚬收系闹甘竟δ埽淮嬖诠收蠒r(shí)進(jìn)行故障定位功能；進(jìn)入/退出聯(lián)鎖條件判斷功能,以確保飛行前自檢功能可靠進(jìn)入/退出；測(cè)試結(jié)果宜記錄于非易失存儲(chǔ)器中。飛行中自檢功能飛行中自檢功能應(yīng)包括：電子部件應(yīng)具有飛行中自檢功能；處理器、電源、接口等基本模塊應(yīng)具備飛行中自檢功能；測(cè)試結(jié)果宜記錄在非易失存儲(chǔ)器中。維護(hù)自檢功能維護(hù)自檢功能應(yīng)包括：撲翼飛行機(jī)器人機(jī)載視覺系統(tǒng)全部設(shè)備維護(hù)檢測(cè)的功能；允許操作人員選擇各種測(cè)試模式、測(cè)試項(xiàng)目、顯示模式；動(dòng)力裝置啟動(dòng)與關(guān)閉功能；傳感器校準(zhǔn)或?qū)?zhǔn)等功能；進(jìn)入/退出聯(lián)鎖條件判斷功能，以確保維護(hù)自檢可靠進(jìn)入/退出。設(shè)備管理功能云臺(tái)動(dòng)力管理功能云臺(tái)動(dòng)力管理功能應(yīng)包括：動(dòng)力裝置啟動(dòng)功能；動(dòng)力裝置停機(jī)功能；動(dòng)力裝置功率控制功能；動(dòng)力裝置參數(shù)與狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能；電動(dòng)動(dòng)力設(shè)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(yīng)包括：電氣參數(shù)與狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能；相關(guān)用電設(shè)備接通與斷開控制功能；對(duì)相關(guān)用電設(shè)備供電自保護(hù)功能；余度電源切換控制功能；電池余量計(jì)算與余電不足告警功能。任務(wù)設(shè)備管理功能任務(wù)設(shè)備管理功能應(yīng)包括：任務(wù)設(shè)備控制功能；任務(wù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視功能；任務(wù)設(shè)備控制命令轉(zhuǎn)發(fā)功能。組成部件一般要求機(jī)載視覺系統(tǒng)由傳感、計(jì)算、執(zhí)行等部件或模塊組成。系統(tǒng)組成部件（設(shè)備、組件、零件）應(yīng)滿足下列要求：標(biāo)準(zhǔn)化要求：部件的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量滿足標(biāo)準(zhǔn)化要求，組件或零件更換后，不需要重新調(diào)整參數(shù)或重新調(diào)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(shè)備、組件和可替換零件都應(yīng)符合互換性要求；規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的選擇：自制零件、部件或采購零件、部件應(yīng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。傳感部件組成傳感部件宜包含以下設(shè)備或部分設(shè)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(jī)；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(jù)需要選配可提供相對(duì)定位信息的傳感器或傳感器組合，如紅外測(cè)距儀；根據(jù)需要選配圖傳設(shè)備，可實(shí)時(shí)回傳高質(zhì)量的航拍畫面。功能傳感部件宜具有以下功能：測(cè)量、計(jì)算云臺(tái)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(jī)器人前方及下方圖像的功能；設(shè)置傳感器安裝位置等參數(shù)的功能；傳感器故障自檢功能；宜具有改善傳感器性能的標(biāo)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(guān)鍵傳感器（如垂直陀螺、相機(jī)等）必要時(shí)采用冗余等安全機(jī)制；IMU的精度影響較大時(shí)，宜采取恒溫結(jié)構(gòu)、溫度校準(zhǔn)等措施；IMU的精度影響較大時(shí)，宜采取減震/隔震結(jié)構(gòu)、抗混疊濾波器等措施。計(jì)算部件計(jì)算部件宜滿足以下要求：計(jì)算部件組成應(yīng)包括：處理模塊、電源模塊、接口模塊等；計(jì)算部件的輸入信號(hào)宜具有有效性檢查功能；計(jì)算部件的輸入、輸出信號(hào)宜具有可測(cè)試性。執(zhí)行部件執(zhí)行部件應(yīng)滿足以下要求：接口、指標(biāo)與機(jī)載視覺系統(tǒng)要求相一致；宜采用直流電源作為能源。技術(shù)要求接口一般要求機(jī)載視覺系統(tǒng)制造商應(yīng)制定相關(guān)的接口技術(shù)規(guī)范，應(yīng)規(guī)定：接口的類型與數(shù)量；相關(guān)的電氣特性、機(jī)械特性、接口標(biāo)識(shí)和通信接口；功能與性能描述；接插件和線材等。電氣接口機(jī)載視覺系統(tǒng)應(yīng)對(duì)所有電氣接口特性進(jìn)行定義。除另有規(guī)定外，電氣接口特性應(yīng)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(dòng)、抗干擾與沖擊電壓要求；接口信號(hào)工作頻率與負(fù)載能力；信號(hào)接口電平、波形、極性與相位關(guān)系；信號(hào)的輸出輸入屬性；阻抗與絕緣阻抗。機(jī)械接口接口分類根據(jù)用戶對(duì)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(yīng)能夠抵御在正常運(yùn)b)1)類接口，接口與連接器之間的最小保持力應(yīng)能夠抵御在正常飛行過程的振動(dòng)環(huán)境和正常著陸與空中輕微碰撞過程中的沖擊力。機(jī)械接口要求機(jī)械接口宜考慮如下要求：接口防錯(cuò)插，如采取防反插設(shè)計(jì)、接口標(biāo)識(shí)等；防腐、防銹，特別是與飛行安全相關(guān)的接口；不易損性，對(duì)于用戶經(jīng)常操作的機(jī)械接口，在規(guī)定的使用條件下和預(yù)期的使用時(shí)間內(nèi)，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(yīng)包括：、CAN等；監(jiān)控功能；對(duì)于某些需要防止惡意篡改的信息，如全球?qū)Ш叫l(wèi)星信息、限飛數(shù)據(jù)等，系統(tǒng)應(yīng)采取可靠的信息安全措施，如簽名認(rèn)證、信息加密等技術(shù)。飛行監(jiān)管接口機(jī)載視覺系統(tǒng)應(yīng)能夠提供符合要求的飛行監(jiān)管數(shù)據(jù)，并滿足相關(guān)的飛行監(jiān)管接口要求。軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)滿足GB/T8566、GB/T14394等相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)與專用規(guī)范要求。軟件應(yīng)具有維護(hù)性和驗(yàn)證性。安全性可靠性系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)宜制定產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，按需開展可靠性分配、預(yù)計(jì)和驗(yàn)證工作。維修性環(huán)境適應(yīng)性自然環(huán)境GB/T38924(所有部分)中規(guī)定的相關(guān)要求。誘發(fā)環(huán)境在撲翼飛行機(jī)器人誘發(fā)的振動(dòng)、沖擊等機(jī)械環(huán)境條件下，機(jī)載視覺系統(tǒng)應(yīng)可正常工作。GB/T38924(所有部分)中規(guī)定的相關(guān)要求。電磁兼容性機(jī)載視覺系統(tǒng)及其部件的電磁兼容性應(yīng)滿足撲翼飛行機(jī)器人系統(tǒng)兼容工作，宜考慮：GB/T9254—2008A級(jí)要求；GB/T17618—20153B級(jí)要求；GB/T17618—20152A級(jí)要求；與平臺(tái)兼容工作的要求。驗(yàn)證試驗(yàn)試驗(yàn)類型型式試驗(yàn)型式試驗(yàn)是為了驗(yàn)證機(jī)載視覺系統(tǒng)能否滿足產(chǎn)品規(guī)范的全部要求所進(jìn)行的試驗(yàn)。出廠檢驗(yàn)出廠檢驗(yàn)是指研制單位在機(jī)載視覺系統(tǒng)出貨之前為保證出貨產(chǎn)品滿足用戶品質(zhì)要求所進(jìn)行的檢驗(yàn)，應(yīng)采用抽樣檢驗(yàn)的方式。型式試驗(yàn)試驗(yàn)項(xiàng)目型式試驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)包括：接口測(cè)試；功能測(cè)試；性能測(cè)試；傳感器測(cè)試；環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試；電磁兼容性測(cè)試；外觀檢查；其他(如安全性、可靠性、維修性試驗(yàn)等)。合格判據(jù)型式試驗(yàn)合格判據(jù)包括：測(cè)試結(jié)果滿足要求時(shí)，判定型式試驗(yàn)合格；若其中任一試驗(yàn)項(xiàng)目不符合要求，允許排除故障后再次提交試驗(yàn)；若檢驗(yàn)合格仍可判定為型式試驗(yàn)合格。出廠檢驗(yàn)檢驗(yàn)項(xiàng)目出廠檢驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)包括：接口測(cè)試；功能測(cè)試；性能測(cè)試；外觀檢查。合格判據(jù)出廠檢驗(yàn)合格判據(jù)包括：完成全部試驗(yàn)項(xiàng)目且滿足全部要求時(shí)，判定該產(chǎn)品出廠試驗(yàn)合格；若其中任一檢驗(yàn)項(xiàng)目不符合要求，則應(yīng)暫停成品的檢驗(yàn)與交付，在找出缺陷原因并采取有效糾正措施后，重新進(jìn)行加倍抽樣檢驗(yàn)。安裝、標(biāo)識(shí)、包裝、運(yùn)輸和貯存安裝撲翼飛行機(jī)器人的要求撲翼飛行機(jī)器人應(yīng)該有足夠的電源輸出，以滿足機(jī)載視覺系統(tǒng)的功耗需求。機(jī)載視覺系統(tǒng)的要求機(jī)載視覺系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：重量和平衡：機(jī)載視覺系統(tǒng)的重量必須在撲翼飛行機(jī)器人的負(fù)載范圍內(nèi)，確保撲翼飛行機(jī)器人平衡穩(wěn)定飛行。傳感器校準(zhǔn)：相機(jī)、云臺(tái)等，在安裝后應(yīng)仔細(xì)校準(zhǔn)，以確保機(jī)載視覺系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。標(biāo)識(shí)產(chǎn)品標(biāo)識(shí)獨(dú)立銷售的機(jī)載視覺系統(tǒng)應(yīng)標(biāo)明：產(chǎn)品名稱、型號(hào)；適用電壓；產(chǎn)品序列號(hào)，以便于能夠追溯到產(chǎn)品的生產(chǎn)日期、出廠前檢測(cè)數(shù)據(jù)等；制造商或商標(biāo)；其他必要的標(biāo)識(shí)。包裝標(biāo)識(shí)包裝標(biāo)識(shí)應(yīng)滿足GB/T191中的相關(guān)規(guī)定。包裝產(chǎn)品應(yīng)與包裝標(biāo)識(shí)相一致，產(chǎn)品包裝通常滿足如下要求：應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)牟牧稀⑿问胶徒Y(jié)構(gòu)，