水下目標(biāo)輻射噪聲生理感知特征的提取方法研究.pdf

1、復(fù)雜海洋環(huán)境中的水下目標(biāo)特征提取是聲納識(shí)別系統(tǒng)性能提升的關(guān)鍵問(wèn)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(biāo)類型以及目標(biāo)航速等因素的影響，使聲納系統(tǒng)的識(shí)別性能大幅度下降。本文模擬聲納員感知、辨識(shí)目標(biāo)的機(jī)理，提取目標(biāo)的生理感知特征并進(jìn)行水下目標(biāo)識(shí)別，主要研究工作包括：
　　1.比較了常用的模式識(shí)別方法，綜合考慮水下目標(biāo)輻射噪聲非線性、樣本少的特點(diǎn)，選擇自適應(yīng)能力強(qiáng)的BP網(wǎng)絡(luò)和在解決小樣本、非線性及高維模式問(wèn)題中表現(xiàn)突出的支

2、持向量機(jī)對(duì)水下目標(biāo)輻射噪聲進(jìn)行分類實(shí)驗(yàn)。識(shí)別結(jié)果表明，BP網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)對(duì)待測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了有效分類，說(shuō)明使用BP網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行分類是可行的。
　　2.給出了反應(yīng)人主觀聽(tīng)覺(jué)感受的響度特征的計(jì)算過(guò)程，結(jié)合水下聲目標(biāo)的特殊性，改進(jìn)了響度特征量化的計(jì)算流程，避免了計(jì)算信號(hào)激勵(lì)等復(fù)雜的運(yùn)算過(guò)程，可方便地得出信號(hào)沿頻率分布的響度特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用改進(jìn)的算法可以有效地計(jì)算目標(biāo)信號(hào)響度。
　　3.為探索聲納員感知、

3、辨識(shí)水下目標(biāo)類型的聲學(xué)因素，研究了基于聽(tīng)覺(jué)濾波的特征提取方法，包括Gammatone頻率離散小波系數(shù)、聽(tīng)覺(jué)倒譜系數(shù)、聽(tīng)覺(jué)慢特征分析、Gammachirp倒譜系數(shù)、改進(jìn)的耳蝸濾波分析模型。這些方法符合人耳對(duì)聲音的感知、辨識(shí)過(guò)程，較好地提取了水下目標(biāo)的固有屬性，避免關(guān)鍵信息的丟失，提高了識(shí)別準(zhǔn)確率，且提取的特征矢量有較好的抗背景干擾性能。
　　4.針對(duì)基于傳統(tǒng)均勻譜壓縮的特征提取方法提取水下目標(biāo)的特征時(shí)，會(huì)對(duì)某些信號(hào)頻帶造成過(guò)壓縮而同

4、時(shí)對(duì)其他的信號(hào)頻帶造成欠壓縮的特點(diǎn)，結(jié)合人耳聽(tīng)覺(jué)指數(shù)律和聽(tīng)覺(jué)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(jìn)了邊界的設(shè)計(jì)方法，得到改進(jìn)的感知非均勻譜壓縮（Improved Perceptual Non-Uniform Spectral Compress，IPNUSC）方法。實(shí)錄艦船輻射噪聲的識(shí)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(biāo)的識(shí)別準(zhǔn)確率。
　　5.依據(jù)人耳聽(tīng)覺(jué)特性，特別是聽(tīng)覺(jué)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(guò)程。實(shí)錄艦船輻射噪聲的識(shí)別結(jié)果表明，基于SDNUSC方法提取的特征矢量對(duì)目標(biāo)的識(shí)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(tīng)覺(jué)特征提取方法。為了適應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜化和目標(biāo)信息多樣化的需求，改善聲納識(shí)別系統(tǒng)對(duì)水下目標(biāo)的識(shí)別能力，要求接收到的寬帶信號(hào)經(jīng)陣列輸出后沒(méi)有波形失真。為此，在陣列處理中設(shè)計(jì)了恒定束寬波束形成器，并針對(duì)仿真的陣列數(shù)據(jù)進(jìn)行分類識(shí)別實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，基于陣列輸出的聽(tīng)覺(jué)特征提取方法比基于單水聽(tīng)器的特征提取方法更好提取出目標(biāo)的類別屬性，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的有效