水下目標(biāo)探測是水下無人航行器的重要應(yīng)用領(lǐng)域,而被動聲吶則是水下無人航行器的最重要探測載荷之一。對于被動聲吶而言,從接收到的微弱目標(biāo)輻射噪聲中檢測出穩(wěn)定的線譜分量是一個(gè)十分重要的研究內(nèi)容。通常被動聲吶在檢測線譜之前會對接收信號進(jìn)行線譜分量的增強(qiáng),往往使用自適應(yīng)線譜增強(qiáng)器（ALE）來實(shí)現(xiàn)線譜分量的的增強(qiáng)。但是,ALE算法對系統(tǒng)的輸入信噪比（SNR）有一定要求。當(dāng)輸入信噪比太低時(shí),ALE將無法正常工作。為了克服ALE在輸入SNR方面的限制,本文提出一種基于無監(jiān)督深度學(xué)習(xí)的線譜分量增強(qiáng)算法。仿真表明,當(dāng)輸入信噪比為-30 dB時(shí),本文算法仍可實(shí)現(xiàn)20 dB的信噪比增益,ALE算法則無法對信號進(jìn)行增強(qiáng)。利用海試數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證,證明本文所提出的無監(jiān)督深度學(xué)習(xí)線譜增強(qiáng)器算法在低信噪比環(huán)境下的優(yōu)勢。 

【文章來源】：艦船科學(xué)技術(shù). 2020,42(23)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

常規(guī)ALE算法框圖Fig.1SchematicoftheconventionalALEw(k)=[w0(k)

300Hz處的線譜增強(qiáng)效果較差，對不可見的線譜難以增強(qiáng)。而無監(jiān)督深度學(xué)習(xí)線譜增強(qiáng)器算法對310Hz，320Hz，340Hz甚至更低信噪比的線譜都有增強(qiáng)效果。4結(jié)語本文受到了傳統(tǒng)ALE算法的啟發(fā)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)較強(qiáng)的非線性能力提出一種基于深度學(xué)習(xí)的線譜增強(qiáng)算法。仿真實(shí)驗(yàn)表明，無監(jiān)督深度學(xué)習(xí)線譜增強(qiáng)算法能顯著提高信噪比增益，當(dāng)信噪比低于30dB時(shí)，無監(jiān)督深度學(xué)習(xí)線譜增強(qiáng)器算法仍能獲得較高的增益，而ALE算法很難獲得增益。實(shí)驗(yàn)表明，無監(jiān)督深度學(xué)習(xí)線譜增強(qiáng)器算法可以增強(qiáng)低信噪比的線譜成分。與傳統(tǒng)ALE算法相比，本文提出的無監(jiān)督深度學(xué)習(xí)線譜增強(qiáng)算法在低信噪比條件下具有更好的增強(qiáng)效果。本文所提算法可應(yīng)用于無人航行器搭載的被動聲吶，提高其探測性能。參考文獻(xiàn)：潘光,宋保維,黃橋高,等.水下無人系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)[J].水下無人系統(tǒng)學(xué)報(bào),2017,25(2):44–51.[1]鐘宏偉,李國良,宋林樺,等.國外大型無人水下航行器發(fā)展綜述[J].水下無人系統(tǒng)學(xué)報(bào),2018,26(4):273–282.[2]李啟虎.數(shù)字式聲納設(shè)計(jì)原理[M].合肥:安徽教育出版社,1985.[3]李啟虎.用于拖曳式線列陣的一種新的線譜增強(qiáng)系統(tǒng)[J].聲學(xué)學(xué)報(bào),1988(3):9–15.[4]RICKARDJ.T.,ZEIDLERJ.R.,“Second-orderoutputstatisticsoftheadaptivelineenhancer,”IEEETrans.Acoust.SpeechSignalProcess.27,3139(1979).[5]NEHORAIA.,MALAHDD..“Onthestabilityandperformanceoftheadaptivelineenhancer,”in:ProceedingsofIEEEICASSP,Denver,USA(April9-11,1980),pp.478481.[6]BIANCOM.J.,GERSTOFTP.,TRAERJ.,etal.“Machinelearninginacoustics:Theoryandapplication,”J.Acoust.Soc.Am

?到300Hz處的線譜分量。3.2實(shí)際數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)為了更好地驗(yàn)證本文所提出的無監(jiān)督深度學(xué)習(xí)線譜增強(qiáng)器算法，于渤海使用水下無人航行器舷側(cè)陣采集水面合作漁船輻射噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行線譜增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)。為了驗(yàn)證在低信噪比情況下的算法性能，在原有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上加入了10dB寬帶噪聲。實(shí)際數(shù)據(jù)采樣率為10kHz，算法參數(shù)同表2和表3，處理結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出，2種方法在應(yīng)用于實(shí)際數(shù)據(jù)時(shí)都具有增強(qiáng)音調(diào)的能力。傳統(tǒng)ALE算法對53Hz處的線譜有較好的增強(qiáng)效果，但對于低信噪比的線譜，如圖2無監(jiān)督深度學(xué)習(xí)線譜增強(qiáng)器算法框圖Fig.2Schematicoftheproposedalgorithm第42卷鞠東豪，等：基于無監(jiān)督深度學(xué)習(xí)的線譜增強(qiáng)算法·119·


本文編號：3446211