飛行試驗遙測監控語音播報軟件設計與實現

摘 要：對于每一型新機試飛，或者是重大的研究性試飛和驗證試飛，都必須實施遙測監控。現基于TTS（Text To Speech）語音合成技術，結合飛行試驗遙測監控系統的不足，利用TTS引擎在LabVIEW開發環境下設計并實現了遙測監控語音播報軟件。在飛機的系統工作狀態發生改變或出現故障時，除了以原有形式顯示實時監控參數外，該軟件可同時播報出系統工作狀態或故障信息的內容，使飛行指揮員及地面試飛工程師能立即了解飛機實時狀態并進行相應處置，從而有效保證飛行安全，提高遙測監控效率。

關鍵詞：飛行試驗遙測監控系統；TTS；LabVIEW

中圖分類號：TN912.33；V217? 文獻標志碼：A? 文章編號：1671-0797（2023）09-0041-04

DOI：10.10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.09.012

0? ? 引言

飛行試驗，指的是在真實飛行環境條件下對飛機進行試驗的過程。飛行試驗是一項投資成本大、風險系數高、測試周期長的綜合性試驗項目，為保證飛行試驗的安全進行，必須對飛行試驗的全過程實施遙測監控。開展遙測監控是確保飛行試驗安全、提高試驗效率、縮短試驗周期的重要措施[1]，也是確保試飛安全和各試飛科目順利進行的基本前提[2]。長期的實踐經驗和事實表明，遙測監控對飛行試驗技術的發展產生了重大影響和促進作用。

隨著飛行指揮員及地面試飛工程師對試飛要求的不斷提高，他們對遙測監控軟件的功能也提出了更高的要求。

1? ? 需求分析

目前，飛行指揮員及地面試飛工程師使用的遙測監控軟件大部分是在LabVIEW開發環境下進行開發的，且實時監控參數以數值、曲線、狀態燈和告警燈等形式進行顯示。

飛機在飛行試驗過程中需要飛行指揮員及地面試飛工程師始終關注遙測監控軟件界面，但在實際飛行試驗過程中，由于試飛時間往往長達幾個小時，監控參數又多達幾千個，飛行指揮員及地面試飛工程師難免會出現注意力不集中的情況，當飛機的系統工作狀態發生改變或出現故障時，如果沒有及時發現，就容易影響飛行試驗的安全。

基于此，本文介紹了一種基于TTS語音合成技術的飛行試驗遙測監控語音播報軟件。在飛機的系統工作狀態發生改變或出現故障時，除了以原有形式顯示實時監控參數外，該軟件可同時播報出系統工作狀態或故障信息的內容，使飛行指揮員及地面試飛工程師能立即了解飛機實時狀態并做出相應處置，在最大程度上保證試飛安全。

2? ? TTS語音合成技術

TTS是Text To Speech的縮寫，即“從文本到語音”，是將文字信息轉換成計算機語音信息，并通過計算機聲卡說出來。

TTS語音合成技術由語言學處理、韻律處理和聲學處理三個模塊組成，其中的聲學處理是最核心的模塊，主要功能是根據韻律處理的結果，從原始語音庫中取出相應的聲音樣本，利用語音合成技術對聲音樣本進行韻律特性的調整和修改，最終使合成的語音清晰自然和富有感染力。TTS語音合成技術的基本結構如圖1所示。

3? ? 軟件的設計與實現

3.1? ? 遙測監控語音播報軟件的設計與實現

遙測監控系統采用C/S結構，由實時信號處理服務器和遙測監控客戶端組成。實時信號處理服務器主要將遙測地面接收天線接收的被測飛機發射的遙測信號轉變為遙測PCM信號，再將遙測PCM信號進行PCM反變換，包括進行碼同步、幀同步、信號下變頻、調制解調、物理量轉換等一系列的實時變換處理后，通過網絡傳輸至遙測監控客戶端，實現遙測監控軟件的調度和數據顯示[3]。飛行指揮員及地面試飛工程師由此實現對飛行試驗過程的遙測監控。飛行試驗遙測監控系統的軟件功能結構如圖2所示。

本文設計的遙測監控語音播報軟件在LabVIEW開發環境下利用Microsoft speech SDK語音開發包提供的TTS語音合成引擎接口進行開發，由實時監控模塊和語音播報模塊兩個模塊組成。實時監控模塊通過讀取遙測監控客戶端數據通信接口發出的遙測數據進行自動判斷，當飛機的系統工作狀態發生改變或出現故障時，實時監控參數除了以原有的形式顯示外，還同時觸發語音播報模塊播報出系統工作狀態或故障信息的內容，使飛行指揮員及地面試飛工程師能立即了解飛機實時狀態，在最大程度上保證飛行安全。

為了在遙測監控軟件中實現語音播報的同時不影響實時監控模塊中監控數據的接收，必須使實時監控模塊和語音播報模塊并行運行，即雙線程并行運行，否則，軟件會等待語音播報完畢后再繼續接收實時監控參數的數據，從而產生延遲，嚴重影響遙測監控軟件的實時性。

3.2? ? 實時監控模塊的設計與實現

實時信號處理服務器通過UDP協議廣播/組播的方式，將需要實時監控參數的物理量發送到遙測監控客戶端，再由客戶端實現遙測監控軟件的調度和數據顯示。針對遙測監控客戶端與遙測監控軟件的數據通信接口，設計實時監控模塊。

實時監控模塊可實現當飛機的系統工作狀態發生改變或出現故障時，相應指示燈亮起，同時該指示燈的值同步傳遞至語音播報模塊。主要實現步驟如下：

（1）在LabVIEW環境下，單擊函數→編程→數組→索引數組；

（2）在該控件的左側“索引”連線分支單擊右鍵，選擇創建→常量，輸入需要實時監控參數的索引號；

（3）依次單擊函數→編程→數值→轉換→轉換為無符號長整型控件、數值至布爾數組轉換；

（4）同（1）步驟創建索引數組，根據實時監控參數中的狀態或故障信息所在的數據位輸入索引號；

（5）在該控件右側與“索引號”相對應的“元素”連線分支單擊右鍵，選擇創建→顯示控件，即創建指示燈控件；

（6）右鍵單擊（5）中創建的指示燈控件，選擇創建→局部變量，并轉換為讀取。

實時監控模塊部分程序框圖如圖3所示。

3.3? ? 語音播報模塊的設計與實現

語音播報模塊主要功能由“布爾值轉換”、實時監控模塊中顯示飛機系統工作狀態或故障信息的局部變量和TTS子VI實現。

當顯示飛機系統工作狀態或故障信息的指示燈以“局部變量”的形式傳至該模塊時，可通過“布爾值轉換”對該“局部變量”的值加以判斷，確認其狀態由“false-true”即“從無到有”變化時，觸發“TTS子VI”，從而實現語音播報的功能。此外，在語音播報模塊中另創建與顯示飛機系統工作狀態或故障信息的指示燈相對應的開關按鈕。可通過開關按鈕選擇單獨關閉某一個語音播報程序。

其中，TTS語音合成子VI的具體實現步驟如下：

（1）在Windows操作系統下安裝Microsoft Speech SDK；

（2）在LabVIEW環境下，單擊函數→互連接口→ActiveX→打開自動化，即打開聲音引擎；

（3）右鍵單擊該控件的左側“自動化引用句柄”連線分支，選擇ActiveX類→SpechLib.ISpeechVoice；

（4）繼續在該控件的右側“自動化引用句柄”連線分支單擊右鍵，選擇創建→SpeechLib.ISpeechVoice類的方法→Speak，調用方法節點；

（5）在（3）中調用方法節點控件的“Text”連線分支單擊右鍵，選擇創建→輸入控件，即可將語音告警的文本信息輸入到該輸入控件中；

（6）繼續在（3）中調用方法節點控件的“引用輸出”連線分支單擊右鍵，選擇ActiveX選板→關閉引用，即關閉聲音引擎。

TTS子VI前面板如圖4所示，TTS子VI程序框圖如圖5所示。

語音播報模塊主要實現步驟如下：

（1）在LabVIEW環境下，單擊函數→信號處理→逐點→其他函數→布爾值轉換；

（2）在該控件的左側“輸入”連線分支單擊左鍵，與實時監控模塊中顯示飛機系統工作狀態或故障信息的局部變量連接；

（3）繼續在該控件的左側“方向”連線分支單擊右鍵，選擇創建→常量，選擇“false-true”；

（4）單擊函數→布爾→與；

（5）在該控件的左側“x”連線分支單擊右鍵，選擇創建→輸入控件；

（6）繼續在該控件的左側“y”連線分支單擊左鍵，與（1）中創建控件的右側“轉換”連線分支連接；

（7）單擊函數→編程→結構→條件結構；

（8）在該控件的左側“分支選擇器”連線分支單擊左鍵，與（4）中創建的“與”控件的右側“x=y？”連線分支連接；當分支為真時，運行TTS子VI，當分支為假時，不運行TTS子VI。

語音播報模塊部分程序框圖如圖6所示。

4? ? 軟件的應用效果

目前，該軟件已經成功地應用于某型教練機飛行試驗的遙測監控中，飛行試驗遙測監控語音播報軟件的用戶界面如圖7所示。在飛行試驗的過程中，如出現“起落架收起” “飛控系統故障”或“發動機不工作”等狀態，遙測監控軟件中相應的指示燈亮起，同時語音播報出“起落架收起” “飛控系統故障”或“發動機不工作”。

5? ? 結語

將TTS語音合成技術引入飛行試驗遙測監控系統，可以使飛行指揮員及地面試飛工程師在第一時間了解飛機的系統工作狀態或故障信息的內容，做出相應處置，尤其是在高風險的飛行試驗科目中，能起到及時提醒飛行指揮員及地面試飛工程師飛機實時狀態的作用，相對于僅有數值、曲線、狀態燈和告警燈等顯示形式的傳統遙測監控軟件，大大提高了遙測監控的效率，有效保證了試飛安全、順利地進行。此外，在LabVIEW開發環境下開發的語音播報軟件具有開發實用性好、人機界面友好等特點。根據飛行指揮員及地面試飛工程師的需求，后續還可修改或增加飛機的其他系統狀態或故障信息，以便更好地完成飛行試驗任務。

[參考文獻]

[1] 楊廷梧.新型遙測系統中機載網絡化測試技術展望[C]//2010航空試驗測試技術學術交流會論文集，2010：149-153.

[2] 李筱雅.多目標綜合遙測監控系統架構設計[J].現代電子技術，2012，35（20）：124-127.

[3] 祁春，段寶元.遙測數據實時處理軟件系統及其應用[J].科學技術與工程，2010，10（28）：7047-7050.

收稿日期：2023-01-16

作者簡介：葉錫濤（1990—），男，江西南昌人，工程師，研究方向：飛行試驗遙測監控與數據處理。