基于知识的声目标探测识别系统

    0 引言

    声目标探测在军事领域与民用领域有广泛的应用前景,特别是被动声探测可以对来犯的敌方目标进行噪声识别获取目标特征、定位和跟踪,进而针对不同的目标采用最为有效的攻击方式。被动声探测具有探测精度高,不受通常条件限制,隐蔽性好等优点,成为未来战场目标识别的研究热点。本文主要针对在某种特定的正常环境下所不应该发生的异常声音从知识库中找寻并进行识别,使用现场可编程门阵列器件的可重构技术,为适应不同的应用环境,在系统空闲期间通过各种方式进行在线编程,可通过存储于存储器中不同的目标系统数据重新下载,从而实现芯片逻辑功能的改变。声目标探测识别系统将识别出的异常声音的知识内容传送给工控机或直接输出控制相关的智能系统等[1-2]。

    1 声目标探测识别系统硬件设计

    为了实现基于知识的声目标探测及系统的可重构,使系统更广泛用于战场发声目标的识别(如直升机)、设备状态的监控(如切削)和安全保卫(如锯、磨、砸)等领域,界定不同环境下或同一环境下不同的异常声音,设计一种使用现场可编程门阵列器件进行声目标的识别系统,其结构如图1所示。系统主要包括信号的预处理(包括声信号输入、前置放大、幅度控制、程控放大、程控滤波、高速A/D)、现场可编程门阵列器件(声目标识别算法)和声目标识别输出控制。

    声信号输入是使用音频传感器及声电转换电路将声音信号转换为模拟的电信号。为了有较高的灵敏度,选用动态电阻大及直流特性好的驻极体话筒。

    前置放大是对声信号的具有自动增益控制的精密放大器,其主要目的是对信号放大后进行幅度控制,利于提高声目标的探测距离。

    幅度控制是对精密放大后的信号增益进行判断,由一个启动电路对信号进行简单的判断,由现场可编程门阵列器件决定后续的声目标信号处理。

    程控放大是为了使输入到模数转换电路的信号保持在合适的动态范围,由现场可编程门阵列器件根据幅度检测的大小控制程控放大电路的放大倍数,从而满足后级模数转换的需求。

    程控滤波是根据声目标探测识别系统的实用功能,先行设定不同知识用途的声目标探测的滤波器。在人的听觉阈值范围内,不同的声目标有不同的信号强度集中,其声学特征所处的频率范围不同,如直升机声音信号的能量主要集中在400Hz以内,而坦克声音信号的能量主要集中在2kHz以内。在此可选择MAX264其通带截止频率达140kHz,可满足声音目标的20kHz以内滤波要求。

    高速A/D是将模拟的声目标信号进行采样/量化形成数字信号输送到现场可编程门阵列器件,以利于现场可编程门阵列器件进行相关知识的声目标探测识别处理。