Дипломная (вкр): Исследование процессов формирования и передачи аудиоинформации с борта летательного аппарата

Исследование процессов формирования и передачи аудиоинформации с борта летательного аппарата

Тема: Исследование процессов формирования и передачи аудиоинформации с борта летательного аппарата

Студент Музыченко Роман Николаевич

Содержание

Список принятых сокращений

Введение

1. Средства передачи с борта и их характеристики

1.1 Радиосвязные системы

2. Методы и алгоритмы повышения разборчивости речи, критерии разборчивости

2.1 Определение понятия "качество передачи речи"

2.2 Методы измерения разборчивости речи

2.3 Свойства речевых сигналов, влияющих на разборчивость

2.4 Свойства слуха, влияющие на разборчивость

2.5 Разработка методики оценки разборчивости

2.5.1 Организация эксперимента по оценке

3. Методы распознавания речи и их связь с повышением разборчивости

3.1 Технология распознавания речи

3.2 Методы распознавания речи

4. Классификация и анализ акустических шумов в кабине летательного аппарата, разработка контрольного генератора

4.1 Формирование шумов

4.2 Формирование аддитивной смеси речевого сигнала с шумом

4.2.1 Белый шум

4.2.2 Розовый шум

4.2.3 Коричневый шум

4.3 Модель оценивания разборчивости на базе измерения отношений сигнал-шум в парциальных каналах

4.4 Вычисление формантной и словесной разборчивости речи

5. Модель формирования очищенной речи и ее исследование

5.1 Построение спектрограмм-specgram

5.2 Шумоподавление на основе алгоритма спектрального вычитания

5.3 Адаптивное шумоподавление на основе спектрального вычитания

5.4 Адаптивное подавление акустических шумов методом наименьших квадратов

5.5 Сходимость адаптивных фильтров

5.6 Медианная фильтрация

6. Исследование влияния канала передачи информации на конечное качество речевого сигнала

. Расчет сметы затрат на исследование процессов формирования и передачи аудиоинформации с борта летательного аппарата

. Безопасность труда при исследовании процессов формирования и передачи аудиоинформации с борта летательного аппарата

Заключение

Список использованной литературы

Список принятых сокращений

ЛА - летательный аппарат

СВЧ - сверхвысокие частоты

ВЧ - высокие частоты

СЧ - средние частоты

НЧ - низкие частоты

БПФ - быстрое преобразование Фурье

СНС - сигналы наземной станции

УВД - управление воздушным движением

ТПР - тракт передачи речи

МККР - Международный консультативный комитет по радиосвязи

ЭВМ - электронная вычислительная машина

МНК(LMS)- метод наименьших квадратов

Введение

Наряду с огромными успехами в развитии авиационной промышленности следует отметить и тот факт, что до сих пор еще слишком мало внимания уделяется выработке конкретных и действенных правил обеспечения безопасности движения самолетов в воздухе и на земле. Повышение безопасности полетов является жизненной необходимостью, поскольку оно служит делу укрепления доверия общественности к авиации.

Уровень безопасности полета определяется несколькими факторами: техническое состояние непосредственно самолета, уровень тех систем, которые находятся на борту, подготовка экипажа, и собственно организация движения, управление воздушным транспортом. Так называемый человеческий фактор является причиной 70% авиационных происшествий. Это происходит по многим факторам, в частности из-за не качественной радиопередачи. С учетом далеко идущих последствий инцидентов, связанных с актами незаконного вмешательства, и необходимости быстрого и эффективного сотрудничества со многими учреждениями с широким кругом ответственности совершенно необходимо, чтобы диспетчеры воздушного движения, несущие юридическую ответственность за подверженное такому акту воздушное пространство, узнавали обо всех аспектах ситуации как можно быстрее и вслед за этим своевременно передавали необходимую информацию старшему персоналу ОВД с целью предпринятая последними соответствующих действий. Именно это обстоятельство определило выбор темы дипломной работы, поскольку качественный эфир может позволить избежать летного происшествия.

Важная роль в обеспечении безопасности принадлежит системам оперативной связи БОРТ-ЗЕМЛЯ. Одна из важнейших систем безопасности это система регистрации переговоров экипажа, результаты анализа записей которой, являются одним из основных документов при расследовании летных происшествий и катастроф самолетов. Подробный анализ аудиозаписей позволяет восстановить картину происшествия, но, к сожалению, не позволяет предотвратить его. Системы аварийной и экстренной связи, предназначенные для оперативной передачи сообщений о нештатных ситуациях на борту, далеко не во всех случаях могут быть своевременно активированы и неспособны отразить предысторию развития текущей нештатной ситуации в кабине самолета. Осознание важности для безопасности полетов решения проблемы непрерывного (on-line) отображения информации (аудио и даже видео) с борта, привело к появлению ряда разработок в этом направлении. Помимо этого актуальна оперативная связь со службами управления полетами при проведении летных испытаний новой техники.

Данная дипломная работа направлена на исследование возможности улучшения характеристик канала связи с центром управления (диспетчером). Особенностью канала является формирование перед передачей с борта (из кабины) аудиоинформации максимальной разборчивости (определить критерий разборчивости речи через вероятность распознавания слов).

Использование формирователя позволяет:

а) максимально адекватно воспринимать диспетчером содержание переговоров в кабине;

б) повысить вероятность автоматического распознавания ключевых (тревожных) слов на земле;

в) обеспечить высокую степень сжатия передаваемого сигнала (для снижения нагрузки на канал).

Для решения поставленной задачи необходимо:

рассмотреть имеющиеся и перспективные каналы передачи с борта;

проанализировать алгоритмы и средства повышения разборчивости речи;

рассмотреть методы распознавания речи и выбрать метод оценки разборчивости речи;

исследовать и классифицировать виды аудио шумов в кабине, мешающих распознаванию речи;

разработать модель формирования «очищенной» речи;

выбор и построение канала связи;

исследовать эффективность предложенного формирователя.

1. Средства передачи с борта и их характеристики

.1 Радиосвязные системы

Радиосвязные системы предназначены для:

двустороннего обмена информацией между экипажем ЛА и наземными радиостанциями;

двустороннего обмена информацией между экипажем ЛА и другими ЛА;

для внутренней связи между членами экипажа;

для связи между экипажем и пассажирами.

В обязательный минимум радиосвязного оборудования пассажирских самолетов входят:

радиостанция СВЧ-связи;

радиостанция ВЧ-связи;

радиостанция для аварийной связи.

Радиостанция СВЧ-связи предназначена для оперативной связи в пределах прямой радиовидимости (до 350 км). Она работает в диапазоне 118-137,975 МГц, шаг частоты настройки 25 кГц. Так как это основная связная система, на ЛА устанавливают 2 комплекта аппаратуры - один основной, другой резервный. Соответственно имеется две антенны, одна - верхнего расположения (на нее работает основной комплект), другая - нижнего расположения (на нее работает второй комплект).

Радиостанция ВЧ-связи (рисунок 1.1) предназначена для дальней связи на расстояниях до 3000 км. Диапазон частот ВЧ-связи 2-30 МГц, шаг настройки 1000 Гц (28000 каналов). На ЛА устанавливают 1 или 2 комплекта аппаратуры.

Портативная радиостанция для аварийной связи и подачи сигналов бедствия работает на частотах 121,5 и 243 МГц.

В приполярных и полярных районах нужна еще радиостанция диапазона 325-530 кГц.

Выбор радиостанции для связи и настройка ее частоты на современных ЛА производится при помощи того же многофункционального пульта управления, который используется для настройки радионавигационных систем. Для этого в приемопередатчиках предусматривается прием стандартного цифрового последовательного кода, которым передается частота настройки от МФПУ.

Рисунок 1.1 Радиостанция ВЧ-связи

На многих современных ЛА устанавливается станция спутниковой связи.

Спутники связи логично дополняют орбитальные группировки глобальных навигационных систем, позволяя значительно улучшить характеристики последних за счет использования систем регионального увеличения RAS (Regional Augmentation System). По широкополосному каналу этой системы осуществляется ретрансляция сигналов наземных станций СНС. Однако основное назначение спутниковой связи заключается в организации служебной связи и связи пассажиров с абонентами, находящимися вне пределов прямой радиовидимости.

Системы спутниковой связи обеспечивают высококачественную цифровую связь с высокой степенью надежности в любой точке земного шара.

Летные экипажи с помощью спутниковой связи получают доступ к информации служб обеспечения полетов, в том числе к информации о метеоусловиях. Экипажи получают доступ к оперативной информации аэропортов о положении на воздушных трассах. При этом сообщения об изменениях графика движения поступают в реальном масштабе времени. С борта на землю через спутник передаются данные для управления полетом, например, о количестве топлива на борту, расчетное время прибытия, показания аппаратуры. Используя эту информацию, персонал наземных служб может лучше спланировать подготовку необходимого оборудования для минимизации времени обслуживания самолета.

Важное значение имеет передача экстренных сообщений об аварийных ситуациях, попытке угона самолета и т.п. Пассажирам спутниковая связь дает возможность в полете разговаривать по телефону и посылать факсимильные сообщения или цифровые компьютерные данные в любую точку земного шара. Бортовые телекоммуникационные службы спутниковой связи позволяют осуществлять продажу билетов и резервирование мест прямо на борту самолета, а также организовывать ряд дополнительных услуг.

Спутниковая система связи состоит из наземной станции связи, спутников и бортовой станции связи. Наземная станция выполняет функции управления системой и представляет собой «шлюз» для входа в наземные сети связи. Спутники, расположенные, как правило, на геостационарных орбитах, транслируют сигналы связи между бортовыми станциями связи и наземными станциями или между наземными станциями.

Бортовые станции связываются со спутниками на частотах L-диапазона (1530-1670 МГц) и через них - с наземными станциями связи. Бортовая станция включает систему связи салона, терминал спутниковой связи, одну или несколько антенн (для обеспечения многоканальности). Система связи салона содержит блок сопряжения с телефонами, факсимильными аппаратами и компьютерами пассажиров, с оборудованием связи кабины, с бортовым оборудованием связи, включая сопряжение с Североамериканской телефонной системой (NATS), Европейской телефонной системой связи земля - самолет (TFTS) и системой Gatelink. NATS представляет собой сотовую телефонную систему СВЧ-диапазона, TFTS является европейской сотовой телефонной системой L-диапазона, а система Gatelink- это система сопряжения со службами телекоммуникации, доступными через межсетевой интерфейс. Блок сопряжения выполняет те же функции, что и учрежденческая АТС с входящей и исходящей связью.

Стандартная система связи ЛА обеспечивает гибкость в выборе типов телефонных аппаратов, факсимильных аппаратов, компьютеров и оборудования кабины, поэтому требуется еще один блок - промежуточный блок спутниковой телекоммуникации, который транслирует сигналы из блока сопряжения в формат, используемый системой спутниковой связи и передает в терминал спутниковой связи. В терминале происходит формирование сигналов для передачи речевой информации, факсимильной информации и данных, выполняются функции модуляции/демодуляции, исправления ошибок, кодирования, уплотнения, преобразование в высокочастотные сигналы с полосой частот 1626,5-1660, 5 МГц. Входные сигналы принимаются антенной системой с полосой радиочастоты 1530-1559 МГц и поступают в терминал для демодуляции.

Доступный уровень обслуживания зависит от скоростей пропускания каналов системы, которые, в свою очередь, зависят от коэффициента усиления антенной системы. Антенная система с низким коэффициентом усиления имеет одну небольшую антенну со всенаправленной диаграммой направленности. Она позволяет вести передачу данных с малой скоростью передачи (600 бит/с). Применение антенны с высоким коэффициентом усиления позволяет осуществлять высокоскоростную передачу данных, речевых и факсимильных сообщений со скоростью 21000 бит/с. Коэффициент усиления такой антенны увеличивается путем фокусирования большого количества энергии в нужном направлении, а это означает наличие более узкого главного лепестка диаграммы направленности антенны.

Следовательно, главный лепесток диаграммы направленности антенны с высоким коэффициентом усиления должен управляться и ориентироваться на спутник. Для этого терминал спутниковой связи непрерывно определяет направление на спутник. Данные углов тангажа и крена, а также курса, широты и долготы самолета терминал принимает от инерциальной навигационной системы. Положение всех спутников в системе связи хранится в его памяти. Используя данные о местоположении спутников и данные о текущем положении ЛА, терминал вычисляет направление на ближайший спутник. Данные об этом угле наведения поступают в подсистему антенны с высоким коэффициентом усиления, которая нацеливает луч в нужном направлении.

Кроме перечисленных систем на борту ЛА может устанавливаться следующая радиосвязная аппаратура:

радиолокационный ответчик УВД;

система селективного вызова;

система адресной связи;

аппаратура внутренней связи экипажа;

усилитель связи с пассажирами.

Радиолокационный ответчик УВД предназначен для работы с наземными аэродромными и трассовыми вторичными радиолокаторами служб управления воздушным движением. В зоне действия такого радиолокатора ответчик обеспечивает автоматическую выдачу координатной отметки местоположения ЛА и информацию о высоте полета и номере (идентификаторе) ЛА. Для отечественных систем УВД ответчик передает также информацию об остатке топлива. Современные ответчики предусматривают также возможность приема информации от служб УВД для передачи ее пилотам. Частота работы в передающем режиме 1090±0,06 МГц, в приемном - 1030 МГц.

Ответчик содержит два приемопередатчика, каждый из которых работает на верхние, нижние и килевые антенны, а также пульт управления.

Система селективного вызова позволяет осуществлять вызов конкретного самолета или вертолета с наземной станции по радиоканалу.

Наземную часть системы составляют кодер (блок, осуществляющий селективную кодировку) и ВЧ- или СВЧ-передатчик. На борту устанавливается приемник, декодер и панель установки кода ЛА.

Система адресной связи использует существующее радиосвязное оборудование для передачи с самолета на землю и обратно цифробуквенной информации в формате ACARS. Существующие системы адресной связи работают в ВЧ-диапазоне. Новое поколение этих систем будет использовать СВЧ-диапазон.

Аппаратура внутренней связи обеспечивает:

двустороннюю телефонную связь между членами экипажа;

двустороннюю телефонную связь экипажа с бортпроводниками;

двустороннюю телефонную связь бортпроводников между собой;

двустороннюю радиосвязь экипажа через любую из бортовых радиостанций;

прослушивание экипажем сигналов опознавания радионавигационных систем и звуковых сигналов маркерных радиомаяков;

прослушивание экипажем специальных звуковых и речевых сообщений, формируемых бортовыми системами (СППЗ, КИСС и т.п.);

звуковую сигнализацию экипажу вызова бортпроводников.

Бортовой усилитель связи с пассажирами обеспечивает: