雷达飞行指挥语音指令生成方法及系统与流程

本发明涉及航空管制教学训练系统，尤其涉及一种雷达飞行指挥语音指令生成方法及系统。

背景技术：

1、随着人工智能时代的到来,语音识别和语音合成技术得到了迅速的发展，被广泛应用于智能家居、汽车导航等领域，而在雷达飞行指挥模拟训练系统中，因为管制语言的专业性和特殊性，使得管制专业语句识别率不高，语音报读信息不准确等问题，另外在目前大多数航空管制教学模拟训练中，需要教员扮演机长角色，与学员进行一对一配合训练，这大大增加了教员的工作负担，并使得雷达飞行指挥模拟训练效率较低。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种雷达飞行指挥语音指令生成方法及系统，以解决现有技术中存在的不足，本发明要解决的技术问题通过以下技术方案来实现。

2、本发明提供的雷达飞行指挥语音指令生成方法，包括：

3、收集雷达飞行指挥过程中的多个语音语料，并对收集的语音语料进行预处理，基于预处理得到的语音信号建立声学模型，以及根据航空管制指令基于收集的语音语料建立基于管制关键词的n元统计语言模型，根据建立的声学模型和语言模型，构建指挥语音解码器；

4、通过ptt手柄获取实时雷达管制指令语音，对实时雷达管制指令语音进行降噪处理，并输入至指挥语音解码器进行语音解码，输出实时雷达管制指令语音对应的文本信息；

5、根据雷达飞行指挥指令的句法结构，构建多个词典，基于自然语言句法结构对实时雷达管制指令语音对应的文本信息进行分词处理，将构建的词典中的词语与分词处理结果进行匹配，根据匹配结果提取信息，并通过提取的信息构建语义解析树；

6、采用构建的词典对语义解析树中的节点信息进行翻译处理，对经过翻译处理的语义解析树进行遍历处理，将遍历处理得到的实时雷达飞行指挥信息存储为xml文本；

7、通过对收集的多个语音语料对应的管制指令文本进行相关处理，通过经过处理的语音语料对应的管制指令文本形成单音素标签，并提取多个语音语料对应的管制语音的声学特征，通过单音素标签和管制语音的声学特征对hmm模型进行训练，构建上下文相关hmm模型以及上下文相关hmm模型对应的决策树；

8、通过上下文相关hmm模型以及上下文相关hmm模型对应的决策树对实时获取的雷达管制指令语音对应的文本信息进行相关处理，获取雷达管制指令语音对应的文本信息所对应的声学特征轨迹，将声学特征轨迹输入至声码器中生成实时的雷达飞行指挥语音指令。

9、在上述的方案中，所述收集雷达飞行指挥过程中的多个语音语料，并对收集的语音语料进行预处理，基于预处理得到的语音信号建立声学模型包括：

10、收集雷达飞行指挥过程中的多个语音语料，将语音语料转化为音频文件，通过高通滤波器对音频文件中的语音信号进行预加重处理，通过移动窗函数对经过预加重处理的语音信号进行分帧处理，并对经过分帧处理的语音信号进行基于能量的端点检测；

11、通过梅尔滤波器对经过端点检测的语音信号进行特征提取，获取语音特征矢量序列；

12、进行语音特征矢量序列到声学模型的映射，采用神经网络对声学模型进行训练，建立声学模型。

13、在上述的方案中，所述根据建立的声学模型和语言模型，构建指挥语音解码器包括：

14、对构建的基于管制关键词的n元统计语言模型进行平滑处理；

15、根据建立的声学模型，采用viterbi算法对声学模型进行最优路径搜索，从而获得初步的识别结果，并根据所建立的语言模型，对获得的识别结果进行语义约束，从而获得最优词串生成，完成雷达管制指挥语音解码器的构建。

16、在上述的方案中，所述根据雷达飞行指挥指令的句法结构，构建多个词典包括：

17、根据雷达飞行指挥指令的句法结构，通过雷达飞行指挥训练计划中呼号构建主语词典，并构建用于匹配飞行动作信息的谓语词典、用于提取动作对象和对动作补充说明信息的宾补词典，以及构建用于提取飞行动作执行状态、位置、时间点信息的状语词典。

18、在上述的方案中，所述将构建的词典中的词语与分词处理结果进行匹配，根据匹配结果提取信息，并通过提取的信息构建语义解析树包括：

19、采取字符串模糊匹配方法对主语词典中的词语与分词处理结果进行匹配，在主语词典中存在与分词处理结果中对应的呼号完全匹配的呼号时，对分词处理结果中对应的呼号进行提取；

20、在主语词典中不存在与分词处理结果中对应的呼号完全匹配的呼号时，采用逆向匹配算法获取找出主语词典中与分词处理结果中对应的呼号最相近的呼号，并对主语词典中与分词处理结果中对应的呼号最相近的呼号进行提取。

21、所述将构建的词典中的词语与分词处理结果进行匹配，根据匹配结果提取信息，并通过提取的信息构建语义解析树还包括：

22、采用字符串kmp匹配算法对谓语词典中的词语与经过呼号提取的分词处理结果进行匹配，在谓语词典的词语与经过呼号提取的分词处理结果中的相关谓语匹配时，对经过呼号提取的分词处理结果中的相关谓语进行提取；

23、对状语词典中的词语与经过谓语提取的分词处理结果进行匹配，在状语词典的词语与经过谓语提取的分词处理结果中的相关状语匹配时，对经过谓语提取的分词处理结果中的相关状语进行提取；

24、对宾补词典中的词语与经过状语提取的分词处理结果进行匹配，在宾补词典的词语与经过状语提取的分词处理结果中的相关宾语补足语匹配时，对经过状语提取的分词处理结果中的相关宾语补足语进行提取；

25、将提取的呼号存储在根节点、提取的谓语存储在中子树、提取的状语存储在左子树、提取的宾语补足语存储在右子树，构建语义解析树。

26、在上述的方案中，所述通过对收集的多个语音语料对应的管制指令文本进行相关处理，通过经过处理的语音语料对应的管制指令文本形成单音素标签，并提取多个语音语料对应的管制语音的声学特征，通过单音素标签和管制语音的声学特征对hmm模型进行训练，构建上下文相关hmm模型以及上下文相关hmm模型对应的决策树包括：

27、通过对收集的多个语音语料对应的管制指令文本进行词汇、语法及语义分析，以对多个语音语料对应的管制指令文本进行断句处理、分词处理和雷达管制专业术语处理；

28、并对经过断句处理、分词处理和雷达管制专业术语处理的管制指令文本中的每个字采用单个音素的组合来标识，形成单音素标签；

29、提取多个语音语料对应的管制语音的声学特征；

30、通过单音素标签和管制语音的声学特征对hmm模型进行训练，采用baum-welch算法获取hmm参数的最大似然估计，构建上下文相关hmm模型以及上下文相关hmm模型对应的决策树。

31、在上述的方案中，所述通过上下文相关hmm模型以及上下文相关hmm模型对应的决策树对实时获取的雷达管制指令语音对应的文本信息进行相关处理，获取雷达管制指令语音对应的文本信息所对应的声学特征轨迹包括：

32、通过上下文相关hmm模型对实时获取的雷达管制指令语音对应的文本信息进行文本分析处理，获取相应的单音素标识模型序列；

33、通过上下文相关hmm模型对应的决策树对单音素标识模型序列的声学特征进行提取和组合，形成声学特征轨迹。

34、本发明提供的雷达飞行指挥语音指令生成系统，采用如上所述的雷达飞行指挥语音指令生成方法进行雷达飞行指挥语音指令生成，包括：

35、语音识别单元，用于收集雷达飞行指挥过程中的多个语音语料，基于收集的语音语料建立声学模型和语言模型，并根据建立的声学模型和语言模型构建指挥语音解码器，以及通过ptt手柄获取实时雷达管制指令语音，通过指挥语音解码器对实时雷达管制指令语音进行语音解码，输出实时雷达管制指令语音对应的文本信息；

36、语义解析单元，用于构建多个词典，对实时雷达管制指令语音对应的文本信息进行分词处理，将构建的词典中的词语与分词处理结果进行匹配，根据匹配结果构建的语义解析树，对语义解析树中的节点信息进行相关处理得到实时雷达飞行指挥信息，并将实时雷达飞行指挥信息存储为xml文本；

37、语音生成单元，用于通过对收集的多个语音语料对应的管制指令文本和管制语音进行相关处理，分别获取单音素标签和声学特征，通过单音素标签和管制语音的声学特征对hmm模型进行训练，构建上下文相关hmm模型以及上下文相关hmm模型对应的决策树，并将实时雷达飞行指挥信息对应的xml文本分析转化为上下文标签，通过上下文相关hmm模型以及上下文相关hmm模型对应的决策树根据上下文标签获取声学特征轨迹，通过将声学特征轨迹输入至声码器中生成实时的雷达飞行指挥语音指令。

38、在上述的方案中，所述语音识别单元包括语音语料收集模块、预处理模块、声学模型建立模块、语言模型建立模块、指挥语音解码器构建模块以及ptt手柄，所述语音语料收集模块用于收集雷达飞行指挥过程中的多个语音语料，所述预处理模块用于对收集的语音语料进行预处理，所述声学模型建立模块用于基于预处理得到的语音信号建立声学模型，所述语言模型建立模块用于根据航空管制指令基于收集的语音语料建立基于管制关键词的n元统计语言模型，所述指挥语音解码器构建模块用于根据建立的声学模型和语言模型，构建指挥语音解码器，所述ptt手柄用于获取实时雷达管制指令语音，对实时雷达管制指令语音进行降噪处理，并输入至指挥语音解码器构建模块构建的指挥语音解码器进行语音解码，输出实时雷达管制指令语音对应的文本信息；所述语义解析单元包括词典构建模块、分词处理模块、匹配模块、语义解析树构建模块以及xml文本获取模块，所述词典构建模块用于根据雷达飞行指挥指令的句法结构、构建多个词典，所述分词处理模块用于基于自然语言句法结构对实时雷达管制指令语音对应的文本信息进行分词处理，所述匹配模块用于将构建的词典中的词语与分词处理结果进行匹配，所述语义解析树构建模块用于根据匹配结果提取信息，并通过提取的信息构建语义解析树，所述xml文本获取模块用于采用构建的词典对语义解析树中的节点信息进行翻译处理，对经过翻译处理的语义解析树进行遍历处理，将遍历处理得到的实时雷达飞行指挥信息存储为xml文本；所述语音生成单元包括单音素标签生成模块、声学特征提取模块、hmm模型及决策树构建模块、上下文标签获取模块、声学特征轨迹获取模块、指挥语音指令生成模块，所述单音素标签生成模块用于对收集的多个语音语料对应的管制指令文本进行相关处理，通过经过处理的语音语料对应的管制指令文本形成单音素标签，所述声学特征提取模块用于通过提取多个语音语料对应的管制语音的声学特征，所述hmm模型及决策树构建模块用于通过单音素标签和管制语音的声学特征对hmm模型进行训练，构建上下文相关hmm模型以及上下文相关hmm模型对应的决策树，所述声学特征轨迹获取模块用于将实时雷达飞行指挥信息对应的xml文本分析转化为上下文标签，通过上下文相关hmm模型以及上下文相关hmm模型对应的决策树对实时获取的雷达管制指令语音对应的文本信息进行相关处理，获取雷达管制指令语音对应的文本信息所对应的声学特征轨迹，所述指挥语音指令生成模块用于将声学特征轨迹输入至声码器中生成实时的雷达飞行指挥语音指令。

39、本发明实施例包括以下优点：

40、本发明实施例提供的雷达飞行指挥语音指令生成方法及系统，通过将管制员的实时雷达管制指令语音转换为文本信息，并将转换成的文本信息进行解析，获取可用于训练系统的xml文本，以及将可用于训练系统的xml文本进行处理，输入至声码器中生成实时的雷达飞行指挥语音指令，实现雷达飞行指挥语音指令的自动报读，可模拟机长进行指令输入，模拟了地空通话，减轻了教员的工作负担，提高了雷达飞行指挥模拟训练的效率。