基于聽覺場(chǎng)景分析的水下目標(biāo)識(shí)別方法研究.pdf

1、水下目標(biāo)識(shí)別是水聲信息處理與信息對(duì)抗領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于水下探測(cè)裝備智能化具有十分重要的價(jià)值。實(shí)際應(yīng)用中，通常需要針對(duì)復(fù)雜的海洋環(huán)境實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離探測(cè)和自動(dòng)識(shí)別，目標(biāo)特性（數(shù)量、工況等）和環(huán)境條件（信道、噪聲等）的復(fù)雜性給水下目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)的研究和實(shí)際應(yīng)用帶來了很大的挑戰(zhàn)。
　　人耳聽覺在復(fù)雜的聲環(huán)境下可以有效的跟蹤并識(shí)別感興趣的目標(biāo)。將人耳聽覺的這種能力應(yīng)用到水下目標(biāo)識(shí)別中，可以有效地解決水下目標(biāo)識(shí)別中面臨的問題。計(jì)算聽覺場(chǎng)景分析理論

2、從信號(hào)處理的角度對(duì)人耳聽覺的這種能力進(jìn)行模擬，并在混疊語音分離方面得到了成功應(yīng)用。本文在深入研究聽覺場(chǎng)景分析原理的基礎(chǔ)上，考慮語音與水下噪聲的差異，嘗試將聽覺場(chǎng)景分析理論應(yīng)用于水下目標(biāo)識(shí)別。
　　文中首先對(duì)水下目標(biāo)噪聲的特點(diǎn)及水下目標(biāo)識(shí)別的相關(guān)理論和方法進(jìn)行了研究。結(jié)合水下目標(biāo)識(shí)別中的新進(jìn)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(jī)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等具有代表性的分類方法

3、，建立了水下目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)。利用實(shí)測(cè)的水下目標(biāo)噪聲數(shù)據(jù)，對(duì)不同的方法進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，基于聽覺感知機(jī)理的特征具有更好的識(shí)別效果。
　　然后對(duì)聽覺場(chǎng)景分析理論及其應(yīng)用方式進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究。明確了聽覺場(chǎng)景分析的基本依據(jù)，并研究了實(shí)現(xiàn)聽覺場(chǎng)景分析的基本環(huán)節(jié)。論文以面向語音的聽覺場(chǎng)景分析系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)其關(guān)鍵步驟和環(huán)節(jié)進(jìn)行了程序?qū)崿F(xiàn)，并開展了實(shí)例研究?；谶@些研究工作，明確了聽覺場(chǎng)景分析系統(tǒng)“分解—

4、組合”的基本框架。
　　接下來對(duì)聽覺場(chǎng)景分析系統(tǒng)在水下目標(biāo)中的應(yīng)用方法進(jìn)行了研究。水下目標(biāo)噪聲不同于語音信號(hào)，分解方式及分類線索均不能直接照搬，需要尋找合適的時(shí)頻分解方式及對(duì)應(yīng)的分離線索。論文提出了基于希爾伯特黃變換的時(shí)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(shí)頻分解的要求。在分離線索的選取方面，以不同目標(biāo)類型間頻譜的差異性為依據(jù)，提出以頻域的獨(dú)立性作為分離線

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