基于小波包和1(1/2)维谱的舰船辐射噪声频域特征提取及融合

舰船辐射噪声频域特征提取是舰船目标识别的关键技术之一。为提高舰船目标识别率 ,采用小波包和 112维谱对舰船辐射噪声进行多小波包空间调制谱和噪声谱特征提取及融合研究。并用提取的特征对五类舰船目标辐射噪声进行了分类识别实验 ,结果表明所提特征具有很好的分类识别效果     

基于小波包和1(1/2)维谱的舰船辐射噪声频域特征提取及融合

舰船辐射噪声频域特征提取是舰船目标识别的关键技术之一。为提高舰船目标识别率，采用小波包和1 1/2维谱对舰船辐射噪声进行多小波包空间调制谱和噪声谱特征提取及融合研究。并用提取的特征对五类舰船目标辐射噪声进行了分类识别实验，结果表明所提特征具有很好的分类识别效果。     

基于自相关特征的舰船大小识别方法

基于自相关处理方法,提出了一种利用舰船辐射噪声自相关曲线特征值对舰船大小进行识别的方法,并利用BP神经网络对两类海上实测舰船目标噪声信号进行了识别。实验结果表明,利用该方法对舰船目标大小具有较好的识别效果。该法与其他识别方法相比,在保证较高分类识别率的前提下,特征量提取方法简单,特征量维数少,运算量较低,更便于工程实现。     

基于小波包分解和PCA-Attention-LSTM的舰船辐射噪声识别技术

为了改进舰船辐射噪声分类系统的性能,进一步提高识别准确率,文章提出了一种基于多特征的小波包分解在长短期记忆(LongShort-TermMemory,LSTM)网络中分类的方法。该方法首先通过小波包分解技术,分频段提取舰船辐射噪声的多种特征,将提取的特征利用主成分分析法(Principal Component Analysis, PCA)进行数据降维,通过添加注意力机制(Attention Mechanism)算法的LSTM网络,对辐射噪声结果分类,提高了学习效率和识别准确率。为了更精细地提取特征,分频段提取了舰船辐射噪声的时频域特征、小波变换特征和梅尔倒谱系数等特征,并将分频段与不分频段的特征、多特征与单一特征、不同信噪比间的算法性能进行对比。实验结果表明,基于小波包分解和PCA-Attention-LSTM的模型可以有效地提高舰船辐射噪声分类的性能,是一种可行的分类方法。     

隐马尔可夫模型在舰船噪声目标识别中的应用

将Mel频率倒谱作为特征参数,实现了基于连续型隐马尔可夫模型的舰船辐射噪声目标识别。对五艘不同类别舰船的辐射噪声建立模型,并进行了识别实验。模型的状态数和高斯混合数分别确定为1和3,五艘舰船的平均识别率达到91．6％。利用两艘不同类型舰船的噪声分析了舰船的工况对识别结果的影响。     

嵌入注意力机制的卷积神经网络水声目标识别

针对低信噪比水声目标单一特征识别率低,稳健性差的问题,提出一种基于注意力机制和多尺度残差卷积神经网络（Multi-scale Residual CNN with Attention,MR-CNN-A）进行特征融合的识别方法。该方法根据多尺度卷积核与特征图形成多分辨率分析关系,并以此通过注意力机制实现优势特征权值提取与融合,从而提高模型在文中水声数据集上提取目标噪声特征和分类识别的稳健性与抗噪能力。开展了4类舰船噪声和海洋环境噪声的识别试验、水下和水面自主式水下航行器的识别试验,以及不同信噪比条件下目标噪声的识别试验。结果表明：对于文中所涉及的水声目标噪声和人工高斯白噪声干扰,该网络模型识别正确率明显高于支持矢量机与简单卷积神经网络,且对高斯白噪声的抑制能力远强于支持矢量机与简单卷积神经网络,稳健性好,模型复杂度小。     

基于听觉特征融合的煤矸识别方法研究

针对强噪声背景下综放开采过程中垮落煤矸难以识别问题,提出了一种融合低级听觉特征Mel频谱和高级听觉特征听觉神经递质发放率的煤矸识别方法。首先,根据煤矸垮落冲击液压支架尾梁声音信号频谱特点,基于听觉神经滤波器组模型构建了适用于煤矸识别任务的听觉模型;然后,利用听觉模型对煤矸垮落声音信号进行分析,获得听觉神经递质发放率;再次,将听觉神经递质发放率与通过Mel频谱提取的峰值特征进行融合,得到煤矸声音听觉感知图;最后,基于所构建的听觉感知图,利用ConvNeXt模型进行煤矸识别。试验结果表明,采用融合听觉特征的煤矸识别方法在不同信噪比下均具有较高的识别准确率;其优越性在背景噪声较大的工况下(信噪比为-5 dB)尤为明显,准确率仍能达到91.52%,显著优于以低级听觉特征和频谱图作为识别特征和利用时频域特征结合机器学习的煤矸识别方法,验证了融合听觉特征的煤矸识别方法对噪声具有优越的鲁棒性。     

基于多尺度排列熵的舰船辐射噪声复杂度特征提取研究

针对复杂海洋环境中舰船辐射噪声的特征提取问题,提出了一种基于多尺度排列熵的舰船辐射噪声复杂度特征提取方法。分别利用基于EEMD的最强固有模态中心频率法、高低频能量差法和基于复杂度的排列熵与多尺度排列熵提取了五种不同类别、一定样本数量的舰船辐射噪声特征,并将四种特征提取方法所提取的舰船特征分别输入概率神经网络进行分类识别。研究发现,多尺度排列熵是一种一致性好、稳定性强的非线性特征参数,能够从多个维度描述信号的复杂度。实验结果表明,多尺度排列熵特征具有很好的可分性,以多尺度排列熵为特征进行舰船分类识别,识别率显著高于其他舰船辐射噪声特征提取算法。     

基于深度学习的舰船辐射噪声多特征融合分类

为了改善分类系统的性能,进一步提高舰船辐射噪声分类的正确率,该文提出了一种基于深度神经网络的多特征融合分类方法。该方法首先提取舰船辐射噪声几种不同的特征,将提取的特征同时用于训练具有多个输入分支的深度神经网络,使网络直接在多种特征参数上进行联合学习,通过神经网络的输入分支和连接层实现特征融合,再对舰船辐射噪声进行分类。为了特征深度学习提取了舰船辐射噪声的频谱特征、梅尔倒谱系数和功率谱特征,并将多特征融合分类方法与在一种特征上进行深度学习分类方法的正确率进行对比。实验结果表明,基于深度学习的多特征融合分类方法可以有效地提高舰船辐射噪声分类的正确率,是一种可行的分类方法。     

特征相似的舰船噪声模型可信性分析

舰船噪声建模是研究水声信号处理和声纳系统的关键技术。从舰船噪声的时频域特性出发建立适应性广的舰船目标噪声模型,提出基于特征相似的模型可信性评估方法,并对舰船噪声模型进行可信性分析。     

舰船辐射噪声广义多尺度数学形态学特征提取与应用研究

为稳定提取复杂水声环境下舰船辐射噪声的有效特征,在数学形态学方法的基础上提出一种广义多尺度数学形态腐蚀谱熵(generalized multiscale pattern erosion spectrum entropy, GMPESE)的舰船辐射噪声非线性特征提取方法。通过对千岛湖及东海实测舰船辐射噪声处理,验证了不同环境下该特征提取方法的可行性,分析了相关参数选取对特征区分度的影响,并比较了该特征提取方法与多尺度熵(multiscale sample entropy, MSE)特征的识别性能。数据处理结果表明,综合比较运算耗时、提取稳定的特征所需信号时长及复杂环境下目标识别准确率,GMPESE特征提取方法具有更大的优势。     

基于改进小波阈值去噪的深度学习水下目标分类

由于海洋环境噪声复杂,噪声等级高,水下待识别目标信噪比低,从而造成了特征提取困难,目标识别率低的问题。基于此,文章提出了基于改进小波阈值的深度学习水下目标分类方法。此方法在传统小波阈值去噪的基础上提出了一种新的小波阈值函数,对于所采用的具体阈值将其与分解尺度相联系,从而实现降低背景噪声,提升水下目标分类识别率的目的。此方法对实测舰船辐射噪声信号进行小波分解,提取每一层的高频小波系数并对其进行处理;对处理完的信号再提取时频特征,最后将其输入后续的深度学习网络中。实验结果发现：在利用原有数据集情况下,利用基于改进小波阈值的深度学习进行水下目标的分类识别,采用卷积神经网络算法可达到88.56%的分类识别率。对前述实验结果进一步分析后,采用生成对抗网络的方法扩充数据样本,可达到96.673%的分类识别率。     

小波包分形与支持向量机在水声目标识别中的应用研究

水声目标分类识别是公认的水声信号处理难题,船舶辐射噪声是一种非线性非平稳信号,具有一定的混沌特性,更好地认识船舶辐射噪声的非线性性质,有助于更好地寻找有效的水声目标检测及识别算法。为了解决水声目标的分类识别问题,提出了利用小波包分形和支持向量机组合进行水声目标识别。利用小波包分解得到目标辐射噪声不同频带内信号分形维数作为特征矢量,并输入到支持向量机实现目标分类,实验结果表明,小波包分形和支持向量机的结合有比较好的分类识别效果,有一定的实际应用价值。     

基于VMD与共振稀疏分解的舰船辐射噪声窄带特征提取

为了获取实测舰船辐射噪声信号中有效的目标信息、提高低信噪比条件下目标信号的可分性,文章提出了结合变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)和共振稀疏分解(Resonance-based Sparsity Signal Decomposition,RSSD)的舰船辐射噪声信号特征提取方法。基于舰船辐射噪声信号具有一定的周期性而外界干扰具有随机性的特点,首先利用VMD自相关分析的方法重构信号,主要剔除带外噪声分量;然后采用RSSD算法基于信号共振属性的不同,进一步滤除带内噪声和瞬态干扰,实现对信号中周期性振荡成分的提取;最后提取信号的波形结构特征用于目标的分类识别。仿真信号与实测信号分析表明,该方法可以较好地滤除带内外噪声,增强舰船辐射噪声信号固有的窄带特征。多类舰船目标的分类实验结果表明,该方法可以有效提高低信噪比信号的可分性,有利于提高目标识别的性能。     

基于小波包时频图特征和卷积神经网络的水声信号分类

水下声信号分类是水声学研究的一个重要方向.一个有效的特征提取和分类决策方法对水声信号分类技术至关重要.文章将鱼声、商船辐射噪声和风关噪声三类实测的水声信号在小波包分解的基础上提取时频图特征,并搭建了一个七层结构的卷积神经网络作为分类器.研究结果表明:三种水声信号的小波包时频图特征结合卷积神经网络在不同测试集可达到(98...     

支持向量机集成和特征选择联合算法

提出了两种基于支持向量机集成和特征选择联合算法。联合算法的核心思想是在构建基础分类器的同时选择有效特征。通过对实测舰船数据和公共数据的识别实验,证明了两种算法都可以用于舰船目标识别。算法一更适用于冗余特征较多的情况。算法二在对舰船目标识别时,选择的特征数目降低为原来特征数目的30%,正确分类率比单个支持向量机高近10%。     

结合多尺度卷积网络和双端注意力机制的水声目标识别

水声目标识别是被动声呐系统的主要应用之一。为了进一步提升小样本条件下水下目标的识别率,文章提出一种基于多尺度卷积和双端注意力机制相融合的方法。首先,提取梅尔倒谱系数,色度谱和计算谱对比度等特征,建立基于多类别特征子集的三维聚合特征。其次,采用多尺度卷积滤波器算子构造多分辨率卷积神经网络,以更好地适应三维聚合特征的时频结构。另外,采用双端注意力模型捕获样本的全局依赖和局部特性。采用基于指数加权的对数交叉熵函数作为损失函数,提升样本数较少类别的识别率。实验结果表明,该方法在ShipsEar数据上的平均识别率为95.5%,取得了较好的分类效果。