《撲翼飛行機器人機載視覺系統(tǒng)》征求意見稿

ICS

CCS

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/XXX-2023

撲翼飛行機器人機載視覺系統(tǒng)

Thetechnicalspecificationfortheairbornevision

systemofbionicflappingwingunmannedaerial

vehicle

（征求意見稿）

2023-×-××發(fā)布

2023-×-××實施

中國國際科技促進(jìn)會發(fā)布

1

撲翼飛行機器人機載視覺系統(tǒng)

1范圍

本文件規(guī)定了仿生撲翼無人機（以下簡稱“撲翼機”）機載視覺系統(tǒng)的功能和組成及技

術(shù)要求。

本文件適用于仿生撲翼無人機（翼展在0.18m~2m）的機載視覺系統(tǒng)及其部件的設(shè)計與

驗證，其他撲翼無人機機載視覺系統(tǒng)可參照執(zhí)行。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應(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/T15412-2017應(yīng)用電視攝像機云臺通用規(guī)范

GB/T39005-2020工業(yè)機器人視覺集成系統(tǒng)通用技術(shù)要求

GB/T35018民用無人駕駛航空器系統(tǒng)分類及分級

GB/T38152無人駕駛航空器系統(tǒng)術(shù)語

GB/T38924(所有部分)民用輕小型無人機系統(tǒng)環(huán)境試驗方法

GB/T38997-2020輕小型多旋翼無人機飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)通用要求

GB/T38996-2020民用輕小型固定翼無人機飛行控制系統(tǒng)通用要求

GB/T37402-2019仿生學(xué)仿生結(jié)構(gòu)優(yōu)化

GB/T191包裝儲運圖示標(biāo)志

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量方法

GB/T14394計算機軟件可靠性和可維護(hù)性管理

GB/T17618—2015信息技術(shù)設(shè)備抗擾度限值和測量方法

3術(shù)語、定義和縮略語

3.1術(shù)語和定義

GB/T35018、GB/T38152界定的術(shù)語和定義適用于本文件。

1

3.1.1仿生撲翼無人機Bionicflappingwingunmannedaerialvehicle

通過模仿鳥類撲動翅膀來改變飛行姿態(tài)，將舉升、懸停和推進(jìn)功能集成于一身的無人

機。

3.2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)

4系統(tǒng)功能和組成

撲翼機的應(yīng)用需求決定了系統(tǒng)撲翼機機載視覺系統(tǒng)功能及組成，撲翼機機載視覺系統(tǒng)功

能及組成如圖1所示。

圖1撲翼機機載視覺系統(tǒng)功能及組成

4.1功能

撲翼機機載視覺系統(tǒng)功能包括：實時航拍功能、目標(biāo)識別與跟蹤功能、數(shù)據(jù)記錄功能、

自檢檢測管理功能、設(shè)備管理功能等。

4.1.1實時航拍功能

4.1.1.1一般要求

系統(tǒng)應(yīng)具有以下實時航拍功能：

2

a)云臺通過控制無刷電機實現(xiàn)相機在俯仰、偏航、橫滾三個方向上的運動，具備視頻消

抖功能，提供穩(wěn)定高效的畫質(zhì)；

b)撲翼機巡航可將圖像回傳至管理人員的移動設(shè)備，具備實時傳回清晰圖像的功能；

c)能夠獲取高清晰立體影像數(shù)據(jù)，自動生成三維地理信息模型，快速實現(xiàn)地理信息的

獲取。

4.1.1.2可選功能

系統(tǒng)可包含以下可選功能：

a)不同視角切換功能

b)具備長短焦自動切換功能

4.1.1.3云臺消抖功能

系統(tǒng)應(yīng)具有以下云臺消抖功能：

a)云臺具有較高的控制精度和較快的響應(yīng)速度；

b)云臺的接口應(yīng)至少包含電源接口、視頻接口和控制接口，或者具備以上功能的復(fù)合

接口；

c)可抑制轉(zhuǎn)動干擾力和力矩。

云臺宜具備守望功能和斷電記憶功能。

4.1.1.4圖像處理功能

系統(tǒng)應(yīng)具有以下圖像處理功能：

a)圖像預(yù)處理；

b)特征識別與擬合；

c)模式匹配；

d)3D測量功能；

數(shù)據(jù)處理功能包括但不限于以上單項或者多項功能。

4.1.1.5外部控制功能

系統(tǒng)應(yīng)具有以下視覺單元功能：

a)暫停；

b)繼續(xù)運行；

c)復(fù)位；

d)停止運動。

3

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。

4.1.1.6狀態(tài)輸出功能

系統(tǒng)應(yīng)具有以下狀態(tài)輸出功能：

a)系統(tǒng)是否準(zhǔn)備就緒；

b)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；

c)出錯預(yù)警：當(dāng)視覺單元出現(xiàn)正常運行的異常時輸出告警狀態(tài)指示。

視覺單元應(yīng)具備通過通信接口輸出以上狀態(tài)信息。

4.1.1.7相機模態(tài)切換控制功能

系統(tǒng)應(yīng)具有以下相機模態(tài)切換控制功能：

a)可根據(jù)控制需要隨時手動切換不同視角模式。

b)可根據(jù)航拍對象的大小實自主長/短焦切換。

4.1.2目標(biāo)識別與跟蹤功能

4.1.2.1目標(biāo)識別功能

系統(tǒng)應(yīng)具有以下目標(biāo)識別功能:

a)執(zhí)行飛行任務(wù)時能夠?qū)μ囟繕?biāo)（如人、車、建筑物）等進(jìn)行識別；

b)獲得車輛、行人等目標(biāo)的位置、形狀及大小信息。

4.1.2.2目標(biāo)跟蹤功能

在執(zhí)行飛行任務(wù)時，當(dāng)同時存在多個目標(biāo)，僅僅識別到目標(biāo)的存在是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需

對多個目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，應(yīng)包括：

a)在實際飛行任務(wù)中，車輛、人等目標(biāo)是不斷移動變化的，需具備實時信息動態(tài)更新功

能；

b)目標(biāo)跟蹤時具備路徑優(yōu)化功能。

4.1.3數(shù)據(jù)記錄功能

4.1.3.1機載視覺系統(tǒng)數(shù)據(jù)要求

機載視覺系統(tǒng)應(yīng)能夠以≥10Hz的頻率向機載數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)提供如下信息：

a)云臺姿態(tài)；

b)目標(biāo)圖像坐標(biāo)；

c)視頻流傳輸狀態(tài)；

d)相機模式信息；

4

e)系統(tǒng)故障信息；

f)系統(tǒng)告警信息；

g)其他要求的信息。

4.1.3.2地面控制單元數(shù)據(jù)要求

撲翼機系統(tǒng)地面控制單元配備了地面數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)時，機載視覺系統(tǒng)應(yīng)能夠以≥1Hz的

頻率向地面控制單元發(fā)送如下信息：

a)云臺姿態(tài)；

b)視頻流傳輸狀態(tài)；

c)相機模式信息；

d)其他要求的信息。

4.1.3.3記錄要求

機載視覺系統(tǒng)宜集成數(shù)據(jù)記錄功能，應(yīng)滿足以下要求：

a)可實時飛行數(shù)據(jù)記錄；

b)可記錄最近至少３個架次的飛行數(shù)據(jù)；

c)可采取信息安全措施，防止篡改和刪除；

d)可被正確和完整地拷貝；

e)可被規(guī)定的數(shù)據(jù)分析工具正確而完整的讀取和解析；

f)當(dāng)數(shù)據(jù)記錄的讀寫和記錄出現(xiàn)異常時，可限制撲翼機起飛并提供必要的警告信息；

g)可采取時間序列格式進(jìn)行飛行數(shù)據(jù)記錄；

h)可循環(huán)記錄。

4.1.4自檢測管理功能

4.1.4.1上電自檢功能

系統(tǒng)地面上電應(yīng)自動完成上電自檢測，其測試結(jié)果宜記錄于非易失存儲器中；上電自檢

測應(yīng)完成各電子部件(或模塊)的處理器、接口等功能正確性檢測。

4.1.4.2飛行前自檢功能

飛行前自檢測功能應(yīng)包括：

a)部件或模塊的功能正確性檢測功能；

b)關(guān)鍵部件或模塊的性能檢測功能；

c)起飛條件檢查功能；

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d)給出檢測結(jié)果正?；蚬收系闹甘竟δ埽?/p>

e)存在故障時進(jìn)行故障定位功能；

f)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；

g)測試結(jié)果宜記錄于非易失存儲器中。

4.1.4.3飛行中自檢功能

飛行中自檢測功能應(yīng)包括：

a)電子部件應(yīng)具有飛行中自檢功能；

b)處理器、電源、接口等基本模塊應(yīng)具備飛行中自檢功能；

c)測試結(jié)果宜記錄在非易失存儲器中。

4.1.4.4維護(hù)自檢功能

維護(hù)自檢功能應(yīng)包括：

a)撲翼機機載視覺系統(tǒng)全部設(shè)備維護(hù)檢測的功能；

b)允許操作人員選擇各種測試模式、測試項目、顯示模式；

c)動力裝置啟動與關(guān)閉功能；

d)傳感器校準(zhǔn)或?qū)?zhǔn)等功能；

e)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。

4.1.5設(shè)備管理功能

4.1.5.1云臺動力管理功能

云臺動力管理功能應(yīng)包括：

a)動力裝置啟動功能；

b)動力裝置停機功能；

c)動力裝置功率控制功能；

d)動力裝置參數(shù)與狀態(tài)監(jiān)測功能；

e)電動動力設(shè)備剩余電量提示與告警功能。

4.1.5.2電氣管理功能

電氣管理功能應(yīng)包括：

a)電氣參數(shù)與狀態(tài)監(jiān)測功能；

b)相關(guān)用電設(shè)備接通與斷開控制功能；

c)對相關(guān)用電設(shè)備供電自保護(hù)功能；

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d)余度電源切換控制功能；

e)電池余量計算與余電不足告警功能。

4.1.5.3任務(wù)設(shè)備管理功能

任務(wù)設(shè)備管理功能應(yīng)包括：

a)任務(wù)設(shè)備控制功能；

b)任務(wù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視功能；

c)任務(wù)設(shè)備控制命令轉(zhuǎn)發(fā)功能。

4.2組成部件

4.2.1一般要求

機載視覺系統(tǒng)由計算、執(zhí)行、傳感等部件或模塊組成。

系統(tǒng)組成部件（設(shè)備、組件、零件）應(yīng)滿足下列要求：

a)標(biāo)準(zhǔn)化要求：部件的設(shè)計應(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；

b)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：

c)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)。

4.2.2計算部件

計算部件宜滿足以下要求：

a)計算部件組成應(yīng)包括：處理模塊、電源模塊、接口模塊等；

b)計算部件的輸入信號宜具有有效性檢查功能；

c)計算部件的輸入、輸出信號宜具有可測試性；

4.2.3執(zhí)行部件

執(zhí)行部件應(yīng)滿足以下要求：

a)接口、指標(biāo)與機載視覺系統(tǒng)要求相一致；

b)宜采用直流電源作為能源；

4.2.4傳感部件

4.2.4.1組成

傳感部件宜包含以下設(shè)備或部分設(shè)備的組合：

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a)可提供三軸角速率和加速度信息的傳感器或傳感器組合，如IMU；

b)可提供視覺信息的傳感器或傳感器組合，如相機；

c)可提供姿態(tài)信息的傳感器或傳感器組合，如垂直陀螺；

d)根據(jù)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。

4.2.4.2功能

傳感部件宜具有以下功能：

a)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；

b)獲得撲翼機前方及下方的圖像的功能。

c)設(shè)置傳感器安裝位置等參數(shù)的功能；

d)傳感器故障自檢測功能；

e)宜具有改善傳感器性能的標(biāo)定功能；

f)宜具有傳感器信息防篡改的功能；

4.2.4.3其他要求

傳感部件宜考慮以下要求：

a)關(guān)鍵傳感器（如垂直陀螺、相機等）必要時采用冗余等安全機制；

b)外界溫度對IMU的精度影響較大時，宜采取恒溫結(jié)構(gòu)、溫度校準(zhǔn)等措施；

c)振動環(huán)境對IMU的精度影響較大時，宜采取減震/隔震結(jié)構(gòu)、抗混疊濾波器等措施；

5技術(shù)要求

5.1接口

5.1.1一般要求

機載視覺系統(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:

a)接口的類型與數(shù)量;

b)相關(guān)的電氣特性、機械特性、接口標(biāo)識和接口通信;

c)功能與性能描述;

d)接插件和線材等。

5.1.2電氣接口

機載視覺系統(tǒng)應(yīng)對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：

a)供電方式；

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b)適用供電電壓、電流與功率范圍；

c)供電電壓波動、抗干擾與沖擊電壓要求；

d)接口信號工作頻率與負(fù)載能力；

e)信號接口電平、波形、極性與相位關(guān)系；

f)信號的輸出輸入屬性；

g)阻抗與絕緣阻抗。

對于支持用戶操作的接口，宜采取可靠的防反接設(shè)計和熱插拔保護(hù)設(shè)計。對于向外供電

接口，宜采取防短接設(shè)計和電流防倒灌設(shè)計。

5.1.3機械接口

5.1.3.1接口分類

根據(jù)用戶對接口的可觀察性和可操作性，接口可分為：

a)不支持用戶插拔接口。

b)支持用戶插拔接口：

1)用戶易于檢查與操作的接口；

2)用戶不易檢查與操作的接口。

對于a)類和b)類中的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

輸、搬運和飛行過程中所可能遭遇的振動、沖擊、跌落等不利機械環(huán)境條件的影響。對于b)

類中的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環(huán)境

和正常著陸與空中輕微碰撞過程中的沖擊力。

5.1.3.2機械接口要求

機械接口宜考慮如下要求：

a)接口防錯插，如采取防反插設(shè)計、接口標(biāo)識等；

b)防腐、防銹，特別是與飛行安全相關(guān)的接口；

c)不易損性，對于用戶經(jīng)常操作的機械接口，在規(guī)定的使用條件下和預(yù)期的使用時間

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。

5.1.4接口通信

接口通信要求應(yīng)包括：

a)采用接口標(biāo)準(zhǔn)類型，如UART、CAN等；

b)接口通信宜采取特定協(xié)議進(jìn)行封裝，并具有數(shù)據(jù)校驗功能和對流量、丟包與錯包的

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監(jiān)控功能；

c)對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)。

5.1.5飛行監(jiān)管接口

機載視覺系統(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。

5.2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)性和驗證性。

5.3安全性

系統(tǒng)應(yīng)支持典型故障的自動處理，以提高使用安全性，如：傳感器故障后使用故障安全

值、測控失效后自動平飛或自動返航等。

系統(tǒng)中電氣設(shè)備和機械設(shè)備應(yīng)分別按專用規(guī)范中安全技術(shù)要求規(guī)定進(jìn)行設(shè)計，以確保制

造和使用中人身和設(shè)備的安全。

5.4可靠性

系統(tǒng)可靠性設(shè)計宜制定產(chǎn)品的可靠性設(shè)計準(zhǔn)則，按需開展可靠性分配、預(yù)計和驗證工作。

5.5維修性

系統(tǒng)設(shè)計和安裝應(yīng)使維修時間盡量縮短，宜提供便于完成維修的相關(guān)手段，實現(xiàn)運行檢

查、故障檢測與隔離、外場可更換單元的拆卸與更換，對需要維修、更換的零部件留有足夠

的操作空間。

5.6環(huán)境適應(yīng)性

5.6.1自然環(huán)境

機載視覺系統(tǒng)應(yīng)要求能夠承受相關(guān)規(guī)范規(guī)定的溫度、霉菌、鹽霧、濕熱、沙塵等自然環(huán)

境條件，并在使用壽命周期內(nèi)能夠正常工作。應(yīng)滿足GB/T38924(所有部分)中規(guī)定的相關(guān)要

求。

5.6.2誘發(fā)環(huán)境

在撲翼機誘發(fā)的振動、沖擊等機械環(huán)境條件下，機載視覺系統(tǒng)應(yīng)可正常工作。應(yīng)滿足

GB/T38924(所有部分)中規(guī)定的相關(guān)要求。

5.7電磁兼容性

機載視覺系統(tǒng)及其部件的電磁兼容性應(yīng)滿足撲翼機系統(tǒng)兼容工作，宜考慮：

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a)輻射騷擾，按照GB/T9254—2008中A級要求；

b)靜電放電抗擾度，按照GB/T17618—2015中嚴(yán)酷等級3、性能判據(jù)B級要求；

c)射頻電磁場輻射抗擾度，按照GB/T17618—2015中嚴(yán)酷等級2、性能判據(jù)A級要求；

d)與平臺兼容工作的要求。

6驗證試驗

6.1試驗類型

6.1.1型式試驗

型式試驗是為了驗證機載視覺系統(tǒng)能否滿足產(chǎn)品規(guī)范的全部要求所進(jìn)行的試驗。

型式試驗一般在產(chǎn)品設(shè)計定型、生產(chǎn)定型或轉(zhuǎn)產(chǎn)時進(jìn)行，但在產(chǎn)品的主要設(shè)計、工藝及

材料有重大改變而影響產(chǎn)品的重要性能，使原來的鑒定結(jié)論不再有效時，也應(yīng)進(jìn)行型式試驗。

6.1.2出廠檢驗

出廠檢驗是指研制單位在機載視覺系統(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，應(yīng)采用抽樣檢驗的方式。

6.2型式試驗

6.2.1試驗項目

型式試驗項目應(yīng)包括：

a)接口測試；

b)功能測試；

c)性能測試；

d)傳感器測試；

e)環(huán)境適應(yīng)性測試；

f)電磁兼容性測試；

g)外觀檢查；

h)其他(如安全性、可靠性、維修性試驗等)。

6.2.2合格判據(jù)

型式試驗合格判據(jù)包括：

a)測試結(jié)果滿足要求時，判定型式試驗合格；

b)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

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判定為型式試驗合格。

6.3出廠檢驗

6.3.1檢驗項目

出廠檢驗項目應(yīng)包括：

a)接口測試；

b)功能測試；

c)性能測試；

d)外觀檢查。

6.3.2合格判據(jù)

出廠檢驗合格判據(jù)包括：

a)完成全部試驗項目且滿足全部要求時，判