语音识别系统在民机驾驶舱的应用

宋金泽（上海飞机设计研究院，上海 201210）

语音识别系统在民机驾驶舱的应用

宋金泽
（上海飞机设计研究院，上海 201210）

在飞机驾驶舱引入语音识别系统，是时代与科技发展的必然结果，减轻驾驶员负荷，并符合新一代飞行员对智能科技的追求。语音识别系统的核心在于特性提取、模式匹配和噪声滤除，该领域的研究都比较成熟，使得语音识别系统在飞机驾驶舱应用成为可能。本文结合飞机驾驶舱使用环境与民机设计特点，对民用飞机驾驶舱内贯彻语音识别系统进行了探讨。

民机 驾驶舱 语音识别

1 技术前景

民航系统出于安全考虑，对技术的成熟度要求较高，因此不论机载还是地面系统，并不总是急于第一时间尝试新技术。然而在飞机驾驶舱引入语音识别系统，是技术进步带来的一种必然［1］，可以减轻飞行员负荷，并符合新一代飞行员对智能科技的追求。

2 语音识别系统的基本原理

语音识别系统的核心在于特性提取、模式匹配和噪声滤除，这些领域的研究目前都已比较成熟。

参数提取的算法主要有LPCC（线性预测倒谱系数）和MFCC （Mel频率倒谱）。MFCC具有更强的抗干扰能力等特点，更适合与噪声较多、发话人不能离输入设备很近的环境。模式匹配通过计算现有语音模式与语音模板库中的模板的距离，来获得最佳的匹配模式。主要有DTW（动态时间规整）、HMM（隐马尔科夫模型）和ANN（人工神经元网络）法。ANN与HMM需要大量的计算，DTW更适合用于孤立词、小词汇量的语音识别［2］。噪声是影响识别准确率的重要因素，但是汽车领域里已经有了较好的实践，可以做到即使车内环境很嘈杂（副驾驶座上的乘客在说话， 或者车载音响被打开），也不影响驾驶者操控语音系统［3］。

3 机上实现方法

某些航空设备制造商已经推出了语音识别产品，但是只局限于个别厂家的单个产品，功能有限。相比单一设备供应商，主制造商具有无以伦比的综合集成优势：（1）在机上选用性能更强的机载硬件，富余的计算资源可以支持复杂的运算；（2）采用集成度高的航电系统，语音识别的结果可以有效输出到各系统。以下给出一种设想的实施架构。

（1）在飞机上增加专用设备——“语音处理单元”用于处理飞行员的语音输入并产生指令输出；或不增加专用设备，而将该部分功能——“语音处理功能”驻留在综合航电系统中。（2）通过各系统的设计保障等级与系统安全性分析，制定控制飞机的语音指令集，分别对应不同安全级别系统的响应。可以通过航电软件升级对语音指令集进行修改。对于不影响安全的一些语音指令，允许航空公司通过USB等方式快速更新。（3）飞机驾驶舱处于持续噪声环境中，而且随着飞行阶段的不同，噪声水平也不同。因此除了选用良好的麦克风输入设备，还需要精准的噪声滤除。可根据不同飞行阶段的环境噪声建立数据库，比较合适的方式是在飞机型号研制试飞时，随着对飞机包线的摸索一并完成。（4）飞行员通过打开指令接收通道来激活语音处理单元/功能，激活指令的方式可选（以下选项互不排斥）：1）在飞机上加装专用的激活按钮；2）使用现有的PTT内话按钮；3）关键词激活HOT MIC。（5）语音处理单元/功能激活后，将按照事先规定的标准句法识别飞行员的意图。飞行员可以随时中断语音输入。语音输入成功后根据命令等级不同对应不同的确认程序，如音响或机器人声的语音回放。该声音的大小可调。语音输入的同时系统将会监视对应的设备有无被手动操作，如有将取消语音输入指令并提示飞行员。

4 典型应用场景

下面结合4条实例说明在驾驶舱实装语音识别系统的优势。

（1）飞行员注意到EICAS上有一条故障信息，通过语音助手打开对应的CMS显示页面，这些页面在没有语音识别的情况往往需要飞行员多步导航才能到达；（2）飞机正在飞越一片严重湍流区，飞行员忙于稳住飞机的姿态，通过语音助手打开系紧安全带指示灯，并实时下传湍流报，提醒地面规划好后续飞机的航线；（3）恶劣天气下，飞行员通过语音助手发出气象请求，并显示收到的回复。当管制员要求飞机复飞转场时，飞行员通过语音助手更改飞行计划到备用机场。 （4）延时提醒，管制员要求飞行员在某高度报告，飞行员告知语音助手，当系统检测到飞机达到指定高度时提醒飞行员。

5 结语

语音识别技术在国内外均有大量研究，技术的成熟度日渐提高，普及领域呈现拓展趋势，如苹果的”SIRI”、电脑平台的“Saybot”、百度语音搜索等。许多汽车也具有语音识别功能，作为高端产品的飞机更不应当落后于潮流。

如果说当前还没有广泛使用是因为可靠性尚待提高，那么当技术水平进步到以前的劣势，如可靠性，已经不再是制约瓶颈的时候，就是新技术一马平川的应用之时。在飞机驾驶舱应用语音识别系统前景广阔，技术储备逐渐成熟，国外嗅觉敏锐的航电系统集成商已经开始建立专利壁垒，如HONEYWELL公司就在2010年申请了一项美国专利Methods and systems for utilizing voice commands onboard an aircraft［4］。波音梦想飞机的梦幻灯光争取了乘客的好奇心，语音识别系统也同样会争取到飞行员的好奇心，行业内应当引起重视。

［1］凯文 凯利.必然［M］.北京:电子工业出版社，2016:29.

［2］石可箴.车载多媒体系统中语音识别技术研究［J］.数字技术与应用.2012（2）:82-82.

［3］朱敏会.Nuance 的创新语音技术［J］.汽车与配件.2012（1）:30-31.

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

宋金泽（1986—）男，汉族，黑龙江哈尔滨人，上海交通大学硕士，工程师，研究方向：民机甚高频通信、数据链、静电放电。