基于聽覺場景分析的水下目標識別方法研究.pdf

1、水下目標識別是水聲信息處理與信息對抗領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，對于水下探測裝備智能化具有十分重要的價值。實際應用中，通常需要針對復雜的海洋環(huán)境實現(xiàn)遠距離探測和自動識別，目標特性（數(shù)量、工況等）和環(huán)境條件（信道、噪聲等）的復雜性給水下目標識別系統(tǒng)的研究和實際應用帶來了很大的挑戰(zhàn)。
　　人耳聽覺在復雜的聲環(huán)境下可以有效的跟蹤并識別感興趣的目標。將人耳聽覺的這種能力應用到水下目標識別中，可以有效地解決水下目標識別中面臨的問題。計算聽覺場景分析理論

2、從信號處理的角度對人耳聽覺的這種能力進行模擬，并在混疊語音分離方面得到了成功應用。本文在深入研究聽覺場景分析原理的基礎上，考慮語音與水下噪聲的差異，嘗試將聽覺場景分析理論應用于水下目標識別。
　　文中首先對水下目標噪聲的特點及水下目標識別的相關(guān)理論和方法進行了研究。結(jié)合水下目標識別中的新進展，選取功率譜特征、小波包能量特征、Mel頻率倒譜系數(shù)特征等典型的特征提取方法，以及高斯混合模型、支持向量機、人工神經(jīng)網(wǎng)絡等具有代表性的分類方法

3、，建立了水下目標識別系統(tǒng)。利用實測的水下目標噪聲數(shù)據(jù)，對不同的方法進行了測試，并對測試結(jié)果進行了對比分析。實驗結(jié)果顯示，基于聽覺感知機理的特征具有更好的識別效果。
　　然后對聽覺場景分析理論及其應用方式進行了比較系統(tǒng)的研究。明確了聽覺場景分析的基本依據(jù)，并研究了實現(xiàn)聽覺場景分析的基本環(huán)節(jié)。論文以面向語音的聽覺場景分析系統(tǒng)為研究對象，對其關(guān)鍵步驟和環(huán)節(jié)進行了程序?qū)崿F(xiàn)，并開展了實例研究?；谶@些研究工作，明確了聽覺場景分析系統(tǒng)“分解—

4、組合”的基本框架。
　　接下來對聽覺場景分析系統(tǒng)在水下目標中的應用方法進行了研究。水下目標噪聲不同于語音信號，分解方式及分類線索均不能直接照搬，需要尋找合適的時頻分解方式及對應的分離線索。論文提出了基于希爾伯特黃變換的時頻分解方法，將希爾伯特黃變換與具有人耳聽覺特性的Gammatone濾波器結(jié)合，既可模擬人耳聽覺，又可以滿足高精度時頻分解的要求。在分離線索的選取方面，以不同目標類型間頻譜的差異性為依據(jù)，提出以頻域的獨立性作為分離線

5、索。研究了頻域獨立基函數(shù)的提取方式，建立了對應的聽覺流信號合成方法及掩碼矩陣，實現(xiàn)了針對水下目標噪聲的聽覺場景分析系統(tǒng)。在此基礎上，對系統(tǒng)的適用性進行了討論，提出了以稀疏性系數(shù)為依據(jù)的檢驗方式，用于量化應用條件與系統(tǒng)分離效果之間的關(guān)系。
　　論文最后將計算聽覺場景分析理論應用與水下目標識別系統(tǒng)結(jié)合，給出了相應的特征提取方法，在對比分離前后特征改變的基礎上，提出了基于加權(quán)距離的識別方法，最終建立了具有場景分析功能的水下目標識別系統(tǒng)。