基于语音识别控制的激光超声水下遥感研究

发布时间：2019-09-12 02:37

【摘要】：为了减少激光致声对水下目标遥感的实时性和有效性的影响,分析了激光超声诱导与光声效应原理,采用语音识别技术实现字符化编码,探讨语音信息的基频编码和控制激光发射的码型结构。搭建了实验测试系统,利用波长为1.06μm的脉冲激光进行水下超声激励,通过对水下激光声信号采集处理,完成了实验室空中平台到水下目标的实时语音控制。结果表明,非特定人的语音指令识别与编码方法有效实现了可变基频的激光超声水下目标控制。该研究为激光声水下目标遥感应用提供了一种新的技术途径。
【图文】：

流程图,端口,语音识别

帕嘭邮疽?图如图2所示。Fig.2Blockdiagramofthetransmittingend图中主控MCU接收指令数据并进行可变基频编码，通过I/O端口P0．0发送编码数据经“逻辑与”电路驱动激光器，实现激光ASK脉冲调制。图中，ＲXD(receivedata)为接收数据，TXD(transmitdata)为发送数据，MICP(microphonepositive)为麦克风正极，MICN(microphonenegative)为麦克风负极，USAＲT(universalsynchronousasynchronousreceivertransmitter)为通用同步异步收发，，1A与1Y分别为一对输入和输出引脚。接收端通过水听器采集激光声信号并转换为电信号，图3所示为接收端信号电路连接。Fig.3Blockdiagramofthereceivingend图3中MCU内部定时器触发外部端口对TTL电平进行采样，当端口检测到信号时，由软件控制MCU对外部信号进行帧同步和位同步，得到其中传输的有效数据，完成对数字信号的解码处理。模拟水下目标的小车控制是采用L298N双H桥直流电机驱动芯片驱动双直流电机实现。3．3系统软件设计3．3．1字符化编码语音识别是在线完成的，对用户实时的语音信息进行自动识别，其过程可分为“前端”和“后端”两大模块:“前端”模块主要实现端点检测、降噪、特征提取等;“后端”模块是利用训练好的“声学模型”和“语言模型”对用户说话的特征向量进行统计模式识别，得到所包含的文字信息。语音识别的流程采用口令模式可以降低环境噪声对语音识别的干扰，在每次识别前先说出一级口令，使系统进入准备状态，然后说出要识别的指令;最后将语音识别结果通过PrintCom()函数调用国标扩展字符集由串口输出对应的字符化数据，字符化的流程图如图4所示。Fig.4Flowchartofspeechcharacterization3．3．2可变基频ASK编解码及目标控制软件系统采用可变基频的ASK编码激光调制，即?

频率,汉字,准确性,指令长度

激光技术2017年5月15Hz，20Hz基频中，“前进”指令对应串行输出的字符化数据为0xC70xB00xBD0xF80x0D0x0A，其中后两个字节为结束标志“\r\n”的对应代码。发送端MCU通过串口接收到语音字符化数据后，先存储在缓存区，再将收到的数据进行单极性归零编码，按照定义的帧格式进行基频分帧后输出适合控制脉冲激光器的编码信号。首次发送“前进”指令可变基频输出的编码波形如图5所示。Fig.5Waveformdiagramof“forward”instructioncode图5中从左到右的频率分别为10Hz，15Hz，20Hz，10Hz，波形显示相邻帧之间有较长的帧间隔(大于最长码元间隔)，以便识别下一帧的数据。从第5帧和第9帧开始分别是第2次和第3次重复发送“前进”指令的字符化编码数据，与第1次发送“前进”的指令代码相同。第3次发送“前进”指令的可变基频编码由水听器采集、滤波整形后的对应波形如图6所示。图中1号序列为水听器采集到的模拟信号波形，2号序列为整形后的TTL电平信号。波形中3帧数据的基频分别为20Hz，10Hz，15Hz，指令代码0xC70xB00xBD与图5中的前3帧相同。Fig.6Waveformdiagramof“forward”instructioncodeaftershaping为了验证数据指令长度对识别结果正确性的影响，实验中通过3个非特定人发音分别对包括一级口令“命令”在内的4组长度不同的指令进行测试，由于系统所用芯片支持不超过10个汉字的语音识别，测试采用的4组指令分别为:命令、前进、前进50m左转、1号开发板测试成功。说话者对每条指令重复20次，测试结果为当汉字长度为2个汉字时准确性达到90%以上;当为6个汉字时，准确性达到75%;当为8个汉字时，准确性达到40%，因此同一个人发音的情况下，指令越短，包含的汉字个数越少，识别准确性越高;当指令长度接近10个汉字时，识别的准确性显
【作者单位】：桂林电子科技大学信息与通信学院;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(61461014) 广西高校科研基金资助项目(KY2015YB098)
【分类号】：O426.3

【参考文献】