CN108447482A - 一种无人机语音通信控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机语音通信控制***，包括机载端和地面端，其中，所述机载端和地面端通过无人机地空数据链相连，所述机载端与航空电台之间建立双向通信，所述机载端对来自航空电台的语音指令进行识别，并转换为航空标准指令发送给地面端；所述地面端呈现来自机载端处理后的指令，然后采集无人机操作人员的语音信息进行识别，并转换为航空标准指令返回给机载端；所述机载端将地面端返回的航空标准指令转换为航空电台使用的语音信号并进行回传。本发明在不增加管制员负担的情况下使无人机参与到航空交通活动中，并通过自动语音自动识别指令实现了语言翻译、指令标准化工作，有利于提高飞行效率，空域使用效率，增强飞行安全。
Description
技术领域
本发明涉及陆空通信***范畴，具体涉及一种无人机语音通信控制***，利用语音识别技术实现管制人员通过航空电台与无人机操作人员之间的通信，提供通信效率，较少管制人员沟通负担，实现不同语言的转换。
背景技术
无人机是无人驾驶飞机的简称(Unmanned Aerial Vehicle)，利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置的不载人飞机，包括无人直升机、固定翼机、多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机。
无人机地空数据链是无人机非常重要的组成部分，是无人机对外联系的神经网络，维系着空中的无人机与地面控制站的信息交换。
无人机违规飞行不仅影响人们的生命财产安全，公共安全、飞行安全甚至是国家安全，据民航部门数据显示，2015年全国共发生无人机扰航事件4起，2016年猛增至23起；2017年以来仅今年1月中旬至2月中旬，就发生12起无人机违法违规运行威胁民航安全事件，其中7起造成航班调整、避让、备降、延误。
目前，无人机的监视技术已不断的完善，通过ADS-B，无人机自身定位***等技术手段，监管人员已经能够掌握无人机的位置。但是目前还没有成熟的技术手段能够让无人机操作人员与监管人员之间通过现有的民航陆空通信手段进行直接的语音通信。通过增加新通信设备的方式增加了***改造的成本，也增加的管制人员的负担。
由于语音通信自身的缺陷，例如人员口音问题，表达能力问题，外语水平问题都会引起语言歧义，目前语音通信误解仍是导致航空事故的一个重要因素
ADS-B：ADS-B全称是Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，中文是广播式自动相关监视，顾名思义，即无需人工操作或者询问，可以自动地从相关机载设备获取参数向其他飞机或地面站广播飞机的位置、高度、速度、航向、识别号等信息，以供管制员对飞机状态进行监视。
VHF陆空通信：甚高频VHF陆空通信(118MHz-137MHz)是空管***对航空器实施有效空域管制的重要手段。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无人机语音通信控制***，通过该***构建管制人员-无人机-无人机操作人员的语音通信通道，使管制人员能够通过现有语音通信手段直接对区域内的无人机进行管制；另外通过语音识别技术，对陆空语音通信进行自动指令识别，从而帮助对话双方正确理解通话意图，有效避免了因语言、口音、表达方式等原因导致的误解，提高语音通信质量；指令化传输也提高了通信链路的使用效率。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种无人机语音通信控制***，包括机载端和地面端，其中，所述机载端和地面端通过无人机地空数据链相连，所述机载端与航空电台之间建立双向通信，所述机载端对来自航空电台的语音指令进行识别，并转换为航空标准指令发送给地面端；所述地面端呈现来自机载端处理后的指令，然后采集无人机操作人员的语音信息进行识别，并转换为航空标准指令返回给机载端；所述机载端将地面端返回的航空标准指令转换为航空电台使用的语音信号并进行回传。
上述的无人机语音通信控制***，其中，所述机载端包括语音指令收发器、机载端指令分析计算机、数字指令语音化转换器、机载端指令收发器及机载端指令存储设备；所述语音指令收发器用于与航空电台之间建立双向通信；所述机载端指令分析计算机用于通过语音识别技术，将语音转变为数据信息，进而数据信息转换为航空标准指令，并将当前识别的语言类型通知数字指令语音化转换器，对于一些基本的询问可直接将应答信息交由数字指令语音化转换器回复；所述数字指令语音化转换器用于将来自机载端指令收发器的指令信息根据机载端指令分析计算机所识别的语言类型，将指令信息转换为管制员使用的语音信息，并交由语音指令收发器发射；所述机载端指令收发器用于接收来自机载端指令分析计算机的信息并通过无人机地空数据链传递给地面端，接收来自地面端的的信息并交由数字指令语音化转换器进行处理；所述机载端指令存储设备用于存储所有机载端指令收发器上传递的指令信息。
上述的无人机语音通信控制***，其中，所述地面端包括地面端指令收发器、地面端指令存储设备、地面端指令分析计算机、指令呈现设备及语音指令采集设备；所述地面端指令收发器用于接收来自地面端指令分析计算机的信息，并通过无人机地空数据链传递给机载端，接收来自机载端的信息，并传递给指令呈现设备和地面端指令分析计算机；所述地面端指令存储设备用于存储所有地面端指令收发器上传递的指令信息；所述地面端指令分析计算机用于分析来自语音指令采集设备的信息并交由地面端指令收发器发射和指令呈现设备呈现，所述指令呈现设备用于接收来自地面端指令收发器和地面端指令分析计算机的指令，并进行呈现；所述语音指令采集设备用于采集来自无人机操作人员的语音信息，并交由地面端指令分析计算机处理。
上述的无人机语音通信控制***，其中，所述语音指令收发器与航空电台之间建立双向通信，所述航空电台为VHF航空电台或HF航空电台。
上述的无人机语音通信控制***，其中，当所述机载端指令分析计算机和地面端指令分析计算机无法将将语音识别的数据信息转换为航空标准指令时，则直接将语音识别的数据信息进行传递，并对基本的询问可直接将应答信息交由数字指令语音化转换器回复。
上述的无人机语音通信控制***，其中，所述指令呈现设备的呈现方式包括语音播放、文字显示、图形指示或动画模拟形式。
上述的无人机语音通信控制***，其中，所述机载端指令收发器和地面端指令收发器采用委托收发或自收发的方式调用无人机地空数据链。
上述的无人机语音通信控制***，其中，所述地面端指令分析计算机与无人机控制中心对接，并可发布指令由无人机控制中心接管所有无人机的控制权，所述无人机控制中心将根据每个无人机的性能状态、任务目标及空域管制要求，向每个无人机发布各自的飞行指令，实现区域内所有无人机和有人机的协同控制。
上述的无人机语音通信控制***，其中，所述地面端指令分析计算机根据无人机的目的地坐标信息和预存的空域管制信息及地理信息自动计算出最优的飞行路径，并将对应的指令自动发送给无人机；在飞行过程中，所述地面端指令分析计算机将实时查询无人机的位置信息并与当前的路径、空域管制信息及地理信息进行比对，一旦发现偏离当前路径或进入限制空域，所述地面端指令分析计算机将自动调整路径并新的指令及时发送给无人机。
上述的无人机语音通信控制***，其中，当飞行过程中由于气象、飞机状态、空域管制和/或地形限制导致目的地不可达时，所述地面端指令分析计算机将及时通知操作人员，并控制无人机进行返航或降落。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的无人机语音通信控制***，通过无人机自有数据链、航空语音通信电台实现管制员与无人机，其他航空器与无人机之间的联系，使无人机在现有管制体系下不增加管制人员额外负担的情况下实现统一管理，并通过语音识别技术，对陆空通信进行指令识别，有效降低了通信过程对无人机自由数据链带宽的开销，并帮助陆空通信双方能够更好的理解通信意图。本发明通过自动语音识别手段，对来自航空电台和无人机操作人员的语音指令进行识别，传输、存储，显示等操作。有益效果包括：1)在不增加管制员负担的情况下使无人机参与到航空交通活动中，并通过自动语音自动识别指令实现了语言翻译、指令标准化工作，有利于提高飞行效率，空域使用效率，增强飞行安全。2)通过航空频率实现无人机与其他航空器飞行员的沟通，为其他航空器提供了一条了解周边无人机飞行状况的途径；同时也为无人机与区域内其他无人机、有人机协同提供了通用的通信手段。3)通过语音识别技术理解无人机操作人员的意图，并结合无人机当前的飞行状态和外部环境，并根据无人机的目前状态计算出最佳的无人机操作指令并通过无人机地空数据链交由无人机执行，从而减少了无人机操作人员的误操作，降低了无人机的使用门槛，也为无人机执行更复杂的任务提供了一条途径。
附图说明
图1为本发明的无人机语音通信控制***架构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1为本发明的无人机语音通信控制***架构示意图。
请参见图1，本发明提供的无人机语音通信控制***，包括机载端和地面端，所述机载端包括语音指令收发器1、机载端指令分析计算机2、数字指令语音化转换器3、机载端指令收发器4及机载端指令存储设备5，所述地面端包括地面端指令收发器6、地面端指令存储设备7、地面端指令分析计算机8、指令呈现设备9及语音指令采集设备10。
当A塔台管制人员通过航空电台向无人机发布管制命令，如“8888,爬升到500米”，通过语音指令收发器1接收后，机载端指令分析计算机2分析得出“飞机注册号8888”，“爬升到500米”两个信息，当与自身注册号比对确认为8888时，则将“爬升到500米”的信息交由机载端指令收发器4发送，并通知数字指令语音化转换器3管制人员使用语言为中文；
地面端指令收发器6收到信息“爬升到500米”，指令呈现设备9播报/显示“爬升到500米”，当无人机操作人员使用语言为英文时则显示为“Climbto 500m”；
无人机操作人员回复“Climbto 500m,8888”，通过语音指令采集设备10接收后，地面端指令分析计算机8分析得出“Climb to 500m”和“8888”两个信息；
该信息经地面端指令收发器6和机载端指令收发器4传递后到指令语音化转换模块3，指令语音化转换模块3将其翻译为：“爬升到500米，8888”并交由语音指令收发器1回复给管制人员。
本发明将实现以下功能：
语言识别功能：通过语音识别技术，自动识别管制人员和无人机操作人员所使用的语言，以便后续播放语音时使用相同语言。
指令识别功能：通过语音识别技术及航空语音通信用语标准，提炼出语音的确切意图。
语音过滤功能：通过自动监听管制人员通话信息提炼出指令内容，当该之内与本无人机无关时，将自动丢弃该指令，只留下与本机有关的信息。
信息记录功能：无人机与地面端都有信息记录功能，以便需要时进行回放回查。
信息多样化呈现功能：在地面端部分，指令呈现设备9可以通过语音播报，文字显示，图形显示，动画模拟等多种形式对指令进行直观的呈现。
区域无人机状态查询功能：通过本发明，航空电台持有人可以通过特定的询问语了解区域内无人机的编号、位置、任务、飞行态势等基本信息，这些信息可以帮助管制人员更好的了解管制区域内无人机的分布和运动态势，籍此可提前评估无人机对于有人机飞行的影响，并提前做好区域内保证飞行安全的应对策略。其他航空器飞行员通过询问区域内无人机的飞行状态，以便评估区域内有人机对本航空器的影响。
协同功能：通过本发明可以实现不同无人机之间，无人机与有人机之间的协同，通常不同无人机之间、无人机与有人机之间由于协议标准不同、沟通渠道不畅等问题而无法实现协同工作，在复杂作业环境下(如应急救援)，通过本发明借助行业标准的航空频段可以实现无人机与无人机、无人机与有人机实时协商的机制，从而提供了区域内协同作业的可能，提高了空域的使用效率和飞行安全性。如当区域内有多个无人机作业时，靠每个无人机操作人员对无人机进行操作，由于存在信息壁垒，目视障碍及误差等问题，容易造成相互干扰，甚至撞机。需要区域协同作业时，区域内承担主控职责的无人机/有人机向其他无人机通过本发明发送控制请求。经被控无人机操作人员授权后，主控无人机/有人机将通过航空频率控制被控无人机。获得被控无人机的控制权后，主控无人机/有人机将通过本发明实时获取周边无人机位置等性能状态信息，主控无人机/有人机的操作人员根据无人机的分布情况及各自的性能状态及作业目标通过主控无人机向各被控无人机发布操作指令。本发明的地面端指令分析计算机8也提供与其他控制计算机对接的能力，如区域内存在大量无人机需要协同作业，靠操作人员无法应付时，地面端指令分析计算机8可以与无人机控制中心对接，由无人机控制中心接管所有无人机的控制权。无人机控制中心将根据每个无人机的性能状态、任务目标及空域管制要求，向每个无人机发布各自的飞行指令。
语音操作无人机功能：无人机的运动自由度高、易受气象环境影响等特点决定了无人机的操作复杂度较高；故通过现有的操作手段极易造成操作失误。根据大疆无人机的统计，85％以上的无人机事故是由于用户误操作引起的，无人机操作失误已成为无人机事故的主要推手。通过本发明，无人机操作人员以语音形式向无人机语音通信控制***发布操作指令，地面端指令分析计算机可将无人机操作人员的语音命令通过语音识别掌握其意图，并根据无人机的目前状态计算出最佳的无人机操作指令并通过无人机地空数据链交由无人机执行，从而减少了无人机操作人员的误操作，降低了无人机的使用门槛，也为无人机执行更复杂的任务提供了一条途径。如当无人机需要飞往A点时，操作人员只需要向无人机发布语音指令“飞向A点”(或是A点的经度、纬度及高度)，无人机的地面端指令分析计算机8根据A点的坐标信息和预存的空域管制信息及地理信息自动计算出最优的飞行路径，并将对应的指令自动发送给无人机。在飞行过程中，地面端指令分析计算机8将根据实时查询无人机的位置信息并与当前的路径、空域管制信息及地理信息进行比对；一旦发现偏离当前路径或进入限制空域，地面端指令分析计算机8将自动调整路径并新的指令及时发送给无人机。当飞行过程中由于气象、飞机状态、空域管制、地形限制等原因导致任务不可达地面端指令分析计算机8将及时通知操作人员并采取必要措施(如返航、降落等)。
综上所述，本发明提供的无人机语音通信控制***，通过该***构建管制人员-无人机-无人机操作人员的语音通信通道，使管制人员能够通过现有语音通信手段直接对区域内的无人机进行管制；另外通过语音识别技术，对陆空语音通信进行自动指令识别，从而帮助对话双方正确理解通话意图，有效避免了因语言、口音、表达方式等原因导致的误解，提高语音通信质量；指令化传输也提高了通信链路的使用效率。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (10)
1.一种无人机语音通信控制***，包括机载端和地面端，其特征在于，所述机载端和地面端通过无人机地空数据链相连，所述机载端与航空电台之间建立双向通信，所述机载端对来自航空电台的语音指令进行识别，并转换为航空标准指令发送给地面端；所述地面端呈现来自机载端处理后的指令，然后采集无人机操作人员的语音信息进行识别，并转换为航空标准指令返回给机载端；所述机载端将地面端返回的航空标准指令转换为航空电台使用的语音信号并进行回传。
2.如权利要求1所述的无人机语音通信控制***，其特征在于，所述机载端包括语音指令收发器(1)、机载端指令分析计算机(2)、数字指令语音化转换器(3)、机载端指令收发器(4)及机载端指令存储设备(5)；
所述语音指令收发器(1)用于与航空电台(13)之间建立双向通信；所述机载端指令分析计算机(2)用于通过语音识别技术，将语音转变为数据信息，进而数据信息转换为航空标准指令，并将当前识别的语言类型通知数字指令语音化转换器(3)，对于一些基本的询问可直接将应答信息交由数字指令语音化转换器(3)回复；所述数字指令语音化转换器(3)用于将来自机载端指令收发器(4)的指令信息根据机载端指令分析计算机(2)所识别的语言类型，将指令信息转换为管制员使用的语音信息，并交由语音指令收发器(1)发射；所述机载端指令收发器(4)用于接收来自机载端指令分析计算机(2)的信息并转换成符合无人机数据链协议的信息交由无人机(11)，通过无人机地空数据链传输给地面端，通过无人机(11)接收来自地面端的信息并交由数字指令语音化转换器(3)进行处理；所述机载端指令存储设备(5)用于存储所有机载端指令收发器(4)上传递的指令信息。
3.如权利要求2所述的无人机语音通信控制***，其特征在于，所述地面端包括地面端指令收发器(6)、地面端指令存储设备(7)、地面端指令分析计算机(8)、指令呈现设备(9)及语音指令采集设备(10)；
所述地面端指令收发器(6)用于接收来自地面端指令分析计算机(8)的信息，并转换成符合无人机数据链协议的信息交由无人机地面站(12),通过无人机地空数据链传递给机载端，通过无人机(11)和无人机地面站(12)接收来自机载端指令收发器(4)的信息，并传递给指令呈现设备(9)；所述地面端指令存储设备(7)用于存储所有地面端指令收发器(6)上传递的指令信息；所述地面端指令分析计算机(8)用于分析来自语音指令采集设备(10)的信息并交由地面端指令收发器(6)发射和指令呈现设备(9)呈现，所述指令呈现设备(9)用于接收来自地面端指令收发器(6)和地面端指令分析计算机(8)的指令，并进行呈现；所述语音指令采集设备(10)用于采集来自无人机操作人员的语音信息，并交由地面端指令分析计算机(8)处理。
4.如权利要求2所述的无人机语音通信控制***，其特征在于，所述语音指令收发器(1)与航空电台(13)之间建立双向通信，所述航空电台(13)为VHF航空电台或HF航空电台。
5.如权利要求3所述的无人机语音通信控制***，其特征在于，当所述机载端指令分析计算机(2)和地面端指令分析计算机(8)无法将将语音识别的数据信息转换为航空标准指令时，则直接将语音识别的数据信息进行传递，并对基本的询问可直接将应答信息交由数字指令语音化转换器(3)回复。
6.如权利要求3所述的无人机语音通信控制***，其特征在于，所述指令呈现设备(9)的呈现方式包括语音播放、文字显示、图形指示或动画模拟形式。
7.如权利要求3所述的无人机语音通信控制***，其特征在于，所述机载端指令收发器(4)和地面端指令收发器(6)采用委托收发方式调用无人机地空数据链。
8.如权利要求3所述的无人机语音通信控制***，其特征在于，所述地面端指令分析计算机(8)与无人机控制中心对接，并可发布指令由无人机控制中心接管所有无人机的控制权，所述无人机控制中心将根据每个无人机的性能状态、任务目标及空域管制要求，向每个无人机发布各自的飞行指令，实现区域内所有无人机和有人机的协同控制。
9.如权利要求3所述的无人机语音通信控制***，其特征在于，所述地面端指令分析计算机(8)根据无人机的目的地坐标信息和预存的空域管制信息及地理信息自动计算出最优的飞行路径，并将对应的指令自动发送给无人机；在飞行过程中，所述地面端指令分析计算机(8)将实时查询无人机的位置信息并与当前的路径、空域管制信息及地理信息进行比对，一旦发现偏离当前路径或进入限制空域，所述地面端指令分析计算机(8)将自动调整路径并新的指令及时发送给无人机。
10.如权利要求9所述的无人机语音通信控制***，其特征在于，当飞行过程中由于气象、飞机状态、空域管制和/或地形限制导致目的地不可达时，所述地面端指令分析计算机(8)将及时通知操作人员，并控制无人机进行返航或降落。
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