无人机语音指令控制系统技术研究

【摘要】：无人机的控制方式越来越受到世界各国军界的重视。研究在嵌入式平台上实现无人机语音指令控制系统技术，可简化其操作流程、隐藏操作细节。通过简洁、友好的语音界面就可与控制系统进行深入信息交互，完成语音指令所代表复杂控制内容，为用户提供单人户外操作的微型无人机地面语音指令控制系统。对加强我航空工业的国防现代化建设具有重要的现实意义和实用价值。 本文以语音识别技术、嵌入式技术及其在无人机控制中的应用为研究内容，以简化无人机控制流程、提供一种简洁的语音指令控制界面为目标。对语音识别算法在嵌入式系统上的实现与优化、语音指令控制终端及控制系统验证平台的设计等关键问题展开研究。 首先针对嵌入式系统的低速及存储资源有限的问题，研究了将语音采样、预处理与特征参数提取流水线作业的方法。通过将预处理与特征参数提取分段在采样间隙处理，节省了识别时间及语音缓冲空间，使每次语音识别时间下降约26%。使程序运行时占用内存小于12KB，在15模板、24维特征参数时，平均语音指令识别率为93%。 其次设计并实现了一个搭载语音指令识别算法的控制终端。选择STM32F103为主控芯片，使用12V3500mA锂电池搭配三种电源模块为系统供电；使用片内12位模数转换器配合音频放大电路完成语音采样；使用片内可变静态存储器控制接口实现液晶显示；使用SPI与触摸屏芯片通讯完成触摸控制；实现了语音指令识别、指令显示及无人机状态数据显示等功能。 最后为验证语音指令的控制效果，构建了验证平台并由遥控直升机代替无人机进行试验。对现有的遥控器进行改造，使用可调电压模块模拟摇杆对遥控器进行控制，从而间接控制遥控飞机；设计并实现了机载姿态与高度测量模块，并将测量数据通过2.4G无线方式发回控制端，使控制系统构成闭环。可以对遥控直升机的高度、俯仰角及翻滚角进行闭环控制；完成验证平台的搭建并进行试验，实验结果表明：开发的平台可以对飞行高度进行较好的控制。