水下目標輻射噪聲生理感知特征的提取方法研究.pdf

1、復雜海洋環(huán)境中的水下目標特征提取是聲納識別系統(tǒng)性能提升的關(guān)鍵問題。傳統(tǒng)特征提取方法提取的特征矢量容易受到海洋環(huán)境、目標類型以及目標航速等因素的影響，使聲納系統(tǒng)的識別性能大幅度下降。本文模擬聲納員感知、辨識目標的機理，提取目標的生理感知特征并進行水下目標識別，主要研究工作包括：
　　1.比較了常用的模式識別方法，綜合考慮水下目標輻射噪聲非線性、樣本少的特點，選擇自適應(yīng)能力強的BP網(wǎng)絡(luò)和在解決小樣本、非線性及高維模式問題中表現(xiàn)突出的支

2、持向量機對水下目標輻射噪聲進行分類實驗。識別結(jié)果表明，BP網(wǎng)絡(luò)和支持向量機對待測實驗數(shù)據(jù)實現(xiàn)了有效分類，說明使用BP網(wǎng)絡(luò)和支持向量機對水下目標進行分類是可行的。
　　2.給出了反應(yīng)人主觀聽覺感受的響度特征的計算過程，結(jié)合水下聲目標的特殊性，改進了響度特征量化的計算流程，避免了計算信號激勵等復雜的運算過程，可方便地得出信號沿頻率分布的響度特征。實驗結(jié)果表明，利用改進的算法可以有效地計算目標信號響度。
　　3.為探索聲納員感知、

3、辨識水下目標類型的聲學因素，研究了基于聽覺濾波的特征提取方法，包括Gammatone頻率離散小波系數(shù)、聽覺倒譜系數(shù)、聽覺慢特征分析、Gammachirp倒譜系數(shù)、改進的耳蝸濾波分析模型。這些方法符合人耳對聲音的感知、辨識過程，較好地提取了水下目標的固有屬性，避免關(guān)鍵信息的丟失，提高了識別準確率，且提取的特征矢量有較好的抗背景干擾性能。
　　4.針對基于傳統(tǒng)均勻譜壓縮的特征提取方法提取水下目標的特征時，會對某些信號頻帶造成過壓縮而同

4、時對其他的信號頻帶造成欠壓縮的特點，結(jié)合人耳聽覺指數(shù)律和聽覺掩蔽效應(yīng)，提出了感知非均勻譜壓縮（Perceptual Non-Uniform Spectral Compress，PNUSC）方法。在此基礎(chǔ)上改進了邊界的設(shè)計方法，得到改進的感知非均勻譜壓縮（Improved Perceptual Non-Uniform Spectral Compress，IPNUSC）方法。實錄艦船輻射噪聲的識別結(jié)果表明，基于PNUSC和IPNUSC方法提

5、取的特征矢量有效地提高水下目標的識別準確率。
　　5.依據(jù)人耳聽覺特性，特別是聽覺掩蔽效應(yīng)，提出了一種魯棒的特征提取方法——信噪比依賴非均勻譜壓縮（SNR-Dependent Non-Uinform Spectral Compress，SDNUSC）方法，并給出了其中具體參數(shù)的選擇過程。實錄艦船輻射噪聲的識別結(jié)果表明，基于SDNUSC方法提取的特征矢量對目標的識別能力優(yōu)于其他非均勻譜壓縮的特征提取方法和傳統(tǒng)的特征提取方法（MFCC

6、，LPCC，PLP等），且提取的特征矢量具有較好的穩(wěn)健性。
　　6.研究了基于恒定束寬干擾抑制的聽覺特征提取方法。為了適應(yīng)戰(zhàn)場環(huán)境復雜化和目標信息多樣化的需求，改善聲納識別系統(tǒng)對水下目標的識別能力，要求接收到的寬帶信號經(jīng)陣列輸出后沒有波形失真。為此，在陣列處理中設(shè)計了恒定束寬波束形成器，并針對仿真的陣列數(shù)據(jù)進行分類識別實驗。結(jié)果表明，基于陣列輸出的聽覺特征提取方法比基于單水聽器的特征提取方法更好提取出目標的類別屬性，實現(xiàn)目標的有效