語音識別系統在民機駕駛艙的應用

宋金澤（上海飛機設計研究院，上海 201210）

語音識別系統在民機駕駛艙的應用

宋金澤
（上海飛機設計研究院，上海 201210）

在飛機駕駛艙引入語音識別系統，是時代與科技發展的必然結果，減輕駕駛員負荷，并符合新一代飛行員對智能科技的追求。語音識別系統的核心在于特性提取、模式匹配和噪聲濾除，該領域的研究都比較成熟，使得語音識別系統在飛機駕駛艙應用成為可能。本文結合飛機駕駛艙使用環境與民機設計特點，對民用飛機駕駛艙內貫徹語音識別系統進行了探討。

民機 駕駛艙 語音識別

1 技術前景

民航系統出于安全考慮，對技術的成熟度要求較高，因此不論機載還是地面系統，并不總是急于第一時間嘗試新技術。然而在飛機駕駛艙引入語音識別系統，是技術進步帶來的一種必然［1］，可以減輕飛行員負荷，并符合新一代飛行員對智能科技的追求。

2 語音識別系統的基本原理

語音識別系統的核心在于特性提取、模式匹配和噪聲濾除，這些領域的研究目前都已比較成熟。

參數提取的算法主要有LPCC（線性預測倒譜系數）和MFCC （Mel頻率倒譜）。MFCC具有更強的抗干擾能力等特點，更適合與噪聲較多、發話人不能離輸入設備很近的環境。模式匹配通過計算現有語音模式與語音模板庫中的模板的距離，來獲得最佳的匹配模式。主要有DTW（動態時間規整）、HMM（隱馬爾科夫模型）和ANN（人工神經元網絡）法。ANN與HMM需要大量的計算，DTW更適合用于孤立詞、小詞匯量的語音識別［2］。噪聲是影響識別準確率的重要因素，但是汽車領域里已經有了較好的實踐，可以做到即使車內環境很嘈雜（副駕駛座上的乘客在說話， 或者車載音響被打開），也不影響駕駛者操控語音系統［3］。

3 機上實現方法

某些航空設備制造商已經推出了語音識別產品，但是只局限于個別廠家的單個產品，功能有限。相比單一設備供應商，主制造商具有無以倫比的綜合集成優勢：（1）在機上選用性能更強的機載硬件，富余的計算資源可以支持復雜的運算；（2）采用集成度高的航電系統，語音識別的結果可以有效輸出到各系統。以下給出一種設想的實施架構。

（1）在飛機上增加專用設備——“語音處理單元”用于處理飛行員的語音輸入并產生指令輸出；或不增加專用設備，而將該部分功能——“語音處理功能”駐留在綜合航電系統中。（2）通過各系統的設計保障等級與系統安全性分析，制定控制飛機的語音指令集，分別對應不同安全級別系統的響應。可以通過航電軟件升級對語音指令集進行修改。對于不影響安全的一些語音指令，允許航空公司通過USB等方式快速更新。（3）飛機駕駛艙處于持續噪聲環境中，而且隨著飛行階段的不同，噪聲水平也不同。因此除了選用良好的麥克風輸入設備，還需要精準的噪聲濾除。可根據不同飛行階段的環境噪聲建立數據庫，比較合適的方式是在飛機型號研制試飛時，隨著對飛機包線的摸索一并完成。（4）飛行員通過打開指令接收通道來激活語音處理單元/功能，激活指令的方式可選（以下選項互不排斥）：1）在飛機上加裝專用的激活按鈕；2）使用現有的PTT內話按鈕；3）關鍵詞激活HOT MIC。（5）語音處理單元/功能激活后，將按照事先規定的標準句法識別飛行員的意圖。飛行員可以隨時中斷語音輸入。語音輸入成功后根據命令等級不同對應不同的確認程序，如音響或機器人聲的語音回放。該聲音的大小可調。語音輸入的同時系統將會監視對應的設備有無被手動操作，如有將取消語音輸入指令并提示飛行員。

4 典型應用場景

下面結合4條實例說明在駕駛艙實裝語音識別系統的優勢。

（1）飛行員注意到EICAS上有一條故障信息，通過語音助手打開對應的CMS顯示頁面，這些頁面在沒有語音識別的情況往往需要飛行員多步導航才能到達；（2）飛機正在飛越一片嚴重湍流區，飛行員忙于穩住飛機的姿態，通過語音助手打開系緊安全帶指示燈，并實時下傳湍流報，提醒地面規劃好后續飛機的航線；（3）惡劣天氣下，飛行員通過語音助手發出氣象請求，并顯示收到的回復。當管制員要求飛機復飛轉場時，飛行員通過語音助手更改飛行計劃到備用機場。 （4）延時提醒，管制員要求飛行員在某高度報告，飛行員告知語音助手，當系統檢測到飛機達到指定高度時提醒飛行員。

5 結語

語音識別技術在國內外均有大量研究，技術的成熟度日漸提高，普及領域呈現拓展趨勢，如蘋果的”SIRI”、電腦平臺的“Saybot”、百度語音搜索等。許多汽車也具有語音識別功能，作為高端產品的飛機更不應當落后于潮流。

如果說當前還沒有廣泛使用是因為可靠性尚待提高，那么當技術水平進步到以前的劣勢，如可靠性，已經不再是制約瓶頸的時候，就是新技術一馬平川的應用之時。在飛機駕駛艙應用語音識別系統前景廣闊，技術儲備逐漸成熟，國外嗅覺敏銳的航電系統集成商已經開始建立專利壁壘，如HONEYWELL公司就在2010年申請了一項美國專利Methods and systems for utilizing voice commands onboard an aircraft［4］。波音夢想飛機的夢幻燈光爭取了乘客的好奇心，語音識別系統也同樣會爭取到飛行員的好奇心，行業內應當引起重視。

［1］凱文 凱利.必然［M］.北京:電子工業出版社，2016:29.

［2］石可箴.車載多媒體系統中語音識別技術研究［J］.數字技術與應用.2012（2）:82-82.

［3］朱敏會.Nuance 的創新語音技術［J］.汽車與配件.2012（1）:30-31.

［4］DONG X Q，QIN X L.Methods and systems for utilizing voice commands onboard an aircraft［P］.USA.2011.

宋金澤（1986—）男，漢族，黑龍江哈爾濱人，上海交通大學碩士，工程師，研究方向：民機甚高頻通信、數據鏈、靜電放電。