一种目标声效特征模拟系统和方法与流程

本发明涉及一种目标声效特征模拟系统和方法。

背景技术：

1、目前对抗训练朝着智能化的方向在发展，在实兵训练和实弹训练中经常会用一些模拟器来代替装备参与训练。

2、例如在现代战争中，空军是战场的一个重要力量，但是在小规模的实兵对抗训练中，协调空军和陆航部队参与对抗训练非常困难，因此常常会采用小型无人机来代替空中力量实施对地面的攻击和侦察模拟，地面的人员装备也需要演练对空中攻击进行防护和反击等相应科目。实际的战斗机和直升机体型大，飞行速度快，发动机功率大，因此产生的声响也很大，往往在数公里外就能听到飞机轰鸣声。在实战中，地面人员装备可根据听到的轰鸣声判断飞机的远近及方位，及时采取相应的战术行动。但是，由于小型无人机体型小，通常采用电机和小型发动机驱动，声音很小，在对抗训练时，地面人员装备往往在几米到几十米范围内才能发现，很难及时采取相应的防护和反击措施，与实际战场差异很大，严重影响训练效果。

3、在实兵对抗训练或实弹射击训练中，经常会采用在无人车辆上加装仿形壳体来模拟坦克装甲车等大型装备。实装坦克、装甲车防护装甲厚，自重大，发动机的功率很大，因此其行进过程中发动机轰鸣声和履带行驶声很大，往往在数公里外就能被听到。而无人车辆由于自重小，通常采用电车或普通的车辆改造而成，行进过程中发动机声音很小，往往几十米内才能被听到。参与实弹训练的战士难以及时发现目标并进行实弹射击，同样与实际战场差异很大，严重影响训练效果。

技术实现思路

1、发明目的：本本发明目的在于解决目标模拟器模拟飞行器或模拟重型装备等对象时难以产生与实装近似声强的发动机轰鸣声和行驶声，使战士无法及时发现模拟目标并采取相应措施，从而影响训练效果的问题。

2、为了实现本发明目的，本发明公开了一种目标声效特征模拟系统，包括目标模拟器、信息发送通信设备、目标模拟器定位模块、声效模拟器；

3、所述目标模拟器的模拟对象包括各类人员或各类物体；

4、所述目标模拟器上安装有所述信息发送通信设备和所述目标模拟器定位模块；

5、所述信息发送通信设备与所述目标模拟器定位模块连接；

6、所述目标模拟器定位模块输出所述目标模拟器的地理坐标信息；

7、所述信息发送通信设备将所述目标模拟器的地理坐标信息实时发送出去；

8、所述声效模拟器安装在人员身上，能够接收所述信息发送通信设备发送的信息，并模拟所述目标模拟器模拟对象的持续性声效、瞬发性声效两种声效中的任意一种或两种。

9、进一步地，所述声效模拟器包括声效合成模块、信息接收通信设备、人体头部姿态测量装置、人员定位模块和立体声音频播放设备；

10、所述声效合成模块分别与信息接收通信设备、人体头部姿态测量装置、人员定位模块、立体声音频播放设备电性连接；

11、所述信息接收通信设备用于接收目标模拟器上信息发送通信设备发送的信息；

12、所述人体头部姿态测量装置用于实时测量头部的姿态；

13、所述人员定位模块输出人员当前的地理坐标信息；

14、所述声效合成模块包括微处理器b、输入数据接口、输出数据接口；所述输入数据接口用于接收信息接收通信设备、人体头部姿态测量装置、人员定位模块输入的信息；所述微处理器b根据目标模拟器的实时地理坐标，结合人员当前的地理坐标，计算出人体头部与目标模拟器之间的实际距离，并通过将人体头部与目标模拟器的实际距离乘以一个比例系数获得人体头部与目标模拟器模拟对象的模拟距离；结合人体头部的姿态、左耳和右耳在头部的位置，分别计算出左耳和右耳与目标模拟器模拟对象之间的模拟距离，再根据声音的传播速度和与距离相关的声强衰减率，将目标模拟器模拟对象的的声效特征根据左耳和右耳距目标模拟器模拟对象的模拟距离分别进行延迟和音量调节，合成左声道音频流和右声道音频流，通过输出数据接口输出至立体声音频播放设备的左声道和右声道。

15、进一步地，当需要实现人员在实际距离处观察到目标模拟器的外形大小与在模拟距离处观察到其模拟对象的外形大小近似时，所述比例系数为目标模拟器的模拟对象的外形尺寸与目标模拟器的外形尺寸之比，否则，所述比例系数为1。

16、进一步地，所述持续性声效为人耳听到的人产生的各种连续性声音、或物体产生的各种连续性声音，如：目标模拟器模拟对象的发动机声音、或行驶声音、或运动声音、或连续作业声音等；所述瞬发性声效为人耳听到的人产生的各种短时声音、或物体产生的各种短时声音，如：目标模拟器模拟对象的射击声、或被击中时的爆炸声、或短时作业声等。

17、进一步地，所述人体头部姿态测量装置包括微处理器a、姿态传感器；所述人体头部姿态测量装置安装在人体头部，所述姿态传感器测量出人体头部数据后将数据发送给微处理器a，所述微处理器a计算出人体头部俯仰角、横滚角和与地球正北的夹角后将数据发送给声效合成模块。

18、本发明还提供了一种目标声效特征模拟方法，所述方法基于所述一种目标声效特征模拟系统实现，其特征在于，包括一种模拟持续性声效的方法和一种模拟瞬发性声效的方法，其中所述一种模拟持续性声效的方法包括以下步骤：

19、步骤a1、预先采集各种目标模拟器模拟对象的持续性特征的声音，记录采集持续性声音时采集设备与目标模拟器模拟对象的距离rc，将采集的持续性声音作为标准持续性特征音源存入声效合成模块；

20、步骤a2、当目标模拟器的模拟对象发出持续性声音时，声效合成模块按时间周期t定时获取人员的实时地理坐标信息、目标模拟器的实时地理坐标信息，结合目标模拟器模拟对象的特征，实时计算出目标模拟器模拟对象与人员的模拟距离；

21、步骤a3、声效合成模块根据人体头部姿态信息、左耳和右耳在头部的位置、人员定位模块相对于头部的位置、目标模拟器模拟对象与人员的模拟距离，分别实时计算出左耳与目标模拟器模拟对象的模拟距离rl、右耳与目标模拟器模拟对象的模拟距离rr；

22、步骤a4、声效合成模块根据声音在空气中的传播速度c、左耳与目标模拟器模拟对象的模拟距离rl、右耳与目标模拟器模拟对象的模拟距离rr，实时计算出目标模拟器模拟对象的持续性特征音源到达左耳的时间tl、持续性特征音源到达右耳的时间tr；；

23、步骤a5、步骤a1中持续性声音的采集点与目标模拟器模拟对象的距离rc已知，左耳与目标模拟器模拟对象的模拟距离rl、右耳与目标模拟器模拟对象的模拟距离rr已知，声效合成模块根据声强与距离的关系计算出目标模拟器模拟对象的持续性特征音源到达左耳时声强的衰减值dl、目标模拟器模拟对象的持续性特征音源到达右耳时声强的衰减值dr；

24、步骤a6、根据目标模拟器模拟对象的持续性声音类型，声效合成模块选择对应的标准持续性特征音源，将对应的标准持续性特征音源根据声音到达左耳的时间tl进行延时，根据声音到达左耳时声强的衰减值dl进行音量衰减，生成左耳音频流；将对应的标准持续性特征音源根据声音到达右耳的时间tr进行延时，根据声音到达右耳时声强的衰减值dr进行音量衰减，生成右耳音频流；

25、步骤a7、声效合成模块将合成后的左耳音频流和右耳音频流输出至立体声音频播放设备的左声道和右声道，持续时间为t；

26、步骤a8、重复步骤a2～步骤a8，直至步骤a5中使用衰减值dl或dr计算出的到达左耳或右耳的声强低于人耳听力范围的下限、或目标模拟器的模拟对象停止发出持续性声音。

27、所述一种模拟瞬发性声效的方法包括以下步骤：

28、步骤b1、预先采集各种目标模拟器模拟对象的瞬发性特征的声音，记录采集瞬发性声音时采集设备与目标模拟器模拟对象的距离rc，将采集的瞬发性声音作为标准瞬发性特征音源存入声效合成模块；

29、步骤b2、当目标模拟器模拟的对象发出瞬发性声音时，经信息发送通信设备将瞬发性声音的类型和目标模拟器的实时地理坐标信息发送出去；

30、步骤b3、所述声效合成模块获取人员的实时地理坐标信息、目标模拟器的实时地理坐标信息，结合目标模拟器模拟对象的特征，实时计算出目标模拟器模拟对象与人员的模拟距离；

31、步骤b4、所述声效合成模块根据人体头部姿态信息、左耳和右耳在头部的位置、人员定位模块相对于头部的位置、目标模拟器模拟对象与人员的模拟距离，分别实时计算出左耳与目标模拟器模拟对象的模拟距离rl、右耳与目标模拟器模拟对象的模拟距离rr；

32、步骤b5、所述声效合成模块根据声音在空气中的传播速度c、左耳与目标模拟器模拟对象的模拟距离rl、右耳与目标模拟器模拟对象的模拟距离rr，实时计算出目标模拟器模拟对象的标准瞬发性特征音源到达左耳的时间tl、标准瞬发性特征音源到达右耳的时间tr；；

33、步骤b6、步骤b1中瞬发性声音的采集点与目标模拟器模拟对象的距离rc已知，左耳与目标模拟器模拟对象的模拟距离rl、右耳与目标模拟器模拟对象的模拟距离rr已知，声效合成模块根据声强与距离的关系计算出目标模拟器模拟对象的标准瞬发性特征音源到达左耳时声强的衰减值dl、目标模拟器模拟对象的标准瞬发性特征音源到达右耳时声强的衰减值dr；

34、步骤b7、根据目标模拟器模拟对象的瞬发性声音类型，选择对应的标准瞬发性特征音源；将对应的标准瞬发性特征音源根据声音到达左耳的时间tl进行延时，根据声音到达左耳时声强的衰减值dl进行音量衰减，生成左耳音频流；将对应的标准瞬发性特征音源根据声音到达右耳的时间tr进行延时，根据声音到达右耳时声强的衰减值dr进行音量衰减，生成右耳音频流；

35、步骤b8、将合成后的左耳音频流和右耳音频流输出至立体声音频播放设备的左声道和右声道。

36、进一步地，如果同时模拟两个以上持续性声效，按步骤a1～步骤a6分别生成每种标准特征音源单独的左耳音频流和右耳音频流，将各单独的左耳音频流按时间轴合成左耳音频流，将各单独的右耳音频流按时间轴合成右耳音频流；

37、进一步地，如果同时模拟两个以上瞬发性声效，按步骤b1～步骤b7分别生成每种标准特征音源单独的左耳音频流和右耳音频流，将各单独的左耳音频流按时间轴合成左耳音频流，将各单独的右耳音频流按时间轴合成右耳音频流；

38、进一步地，如果同时模拟一个以上持续性声效和一个以上瞬发性声效，按步骤a1～步骤a6分别生成每种标准特征音源单独的左耳音频流和右耳音频流；按步骤b1～步骤b7分别生成每种标准特征音源单独的左耳音频流和右耳音频流；将各单独的左耳音频流按时间轴合成左耳音频流，将各单独的右耳音频流按时间轴合成右耳音频流。

39、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

40、1)通过对目标模拟器模拟对象的声音特征进行分类提取、计算及合成，应用于目标声效特征模拟系统后，使目标模拟器不但在外形特征和功能特征上近似实装，并且在声音特征上也与实装近似，从而使参训人员与目标模拟器进行对抗训练能够达到与实装进行对抗训练基本一致的效果。

41、2)战士能够根据具有空间立体感的飞机轰鸣声、车辆行驶声、武器发射声等模拟目标的声效特征，及时判断飞机、车辆的行进方向和攻击方向，快速进行隐蔽和反击，对提升战术技能起到很大的促进效果；

42、3)根据目标模拟器与其模拟对象的外形比例，将人员与目标模拟器的实际距离转化为人员与其模拟对象的模拟距离，并以模拟距离进行声效合成，可以实现小型目标模拟器对大型装备在外形特征和声音特征上更逼真的模拟，有效降低目标模拟器的使用成本，提高训练效益；

43、4)有效克服了以往目标模拟器的声效特征与所模拟的实装对象严重不符的问题。