基于内波统计特性的声速剖面预测方法 被引量：4

1

作者 苏林 孙炳文 +4 位作者 胡涛 任群言 王文博 郭圣明 马力 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期859-865,共7页

针对浅海内波环境下的声速剖面预测问题,本文提出了一种基于内波环境下时序声速剖面统计特征的声速剖面智能预报方法。通过分析有无内波情形下时序声速剖面的经验正交分解系数分布特点,给出内波存在时的特有分布特征,以此为基础,将声速... 针对浅海内波环境下的声速剖面预测问题,本文提出了一种基于内波环境下时序声速剖面统计特征的声速剖面智能预报方法。通过分析有无内波情形下时序声速剖面的经验正交分解系数分布特点,给出内波存在时的特有分布特征,以此为基础,将声速剖面的预报问题简化为单一参数的时间序列预测问题。结合长短时记忆循环神经网络处理时间序列数据中长距离依赖信息的能力,实现内波环境下声速剖面的实时预测,对试验数据预测结果与测量值符合较好,最大均方根误差1.3 m/s。 展开更多

关键词 内波 统计特性 经验正交函数 长短时记忆 声速剖面 时间序列预测 神经网络 循环神经网络

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循环神经网络在浅海声速-声源联合反演中的应用 被引量：2

2

作者 王同 苏林 +2 位作者 任群言 王文博 马力 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期1133-1139,共7页

利用序贯滤波对时变声速剖面进行反演追踪,通常会将声速剖面的时变特性描述为一阶随机游走过程。为了使状态方程更好的预测状态变量的走向,本文利用循环神经网络学习历史水文数据,对浅海环境下的时变声速剖面进行建模,利用集合卡尔曼滤... 利用序贯滤波对时变声速剖面进行反演追踪,通常会将声速剖面的时变特性描述为一阶随机游走过程。为了使状态方程更好的预测状态变量的走向,本文利用循环神经网络学习历史水文数据,对浅海环境下的时变声速剖面进行建模,利用集合卡尔曼滤波进行对声速剖面的反演,并对声源进行定位。结果相较于使用一阶随机游走过程的联合反演结果误差更小,在声源深度上均方根误差有着80%的降低,声速剖面反演结果误差有着38.2%的降低。本文通过实测声速剖面的仿真声学数据验证了该方法的可行性。 展开更多

关键词 机器学习 循环神经网络 序贯滤波 集合卡尔曼滤波 声速剖面 声速剖面反演 水下目标 水声定位

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利用渔船噪声矢量场对地声参数的估计 被引量：4

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作者 任群言 朴胜春 +2 位作者 马力 郭圣明 廖天俊 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期236-240,共5页

针对航船噪声实现海底声学参数稳健反演及不确定性分析的问题,研究了联合声压场和矢量场进行可靠地声参数反演的可行性。采用匹配场反演算法对单矢量水听器采集的航船噪声数据进行处理,给出了地声参数的估计值和后验概率分布。理论分析... 针对航船噪声实现海底声学参数稳健反演及不确定性分析的问题,研究了联合声压场和矢量场进行可靠地声参数反演的可行性。采用匹配场反演算法对单矢量水听器采集的航船噪声数据进行处理,给出了地声参数的估计值和后验概率分布。理论分析和数值仿真表明:垂直质点振速分量比单独使用声压场能提供更丰富的声信号传输特性;联合声压场和垂直质点振速分量的反演结果比单独处理声压场或垂直质点振速分量具有更高的稳健性和准确性。 展开更多

关键词 地声反演 优化算法 浅海声学 航船噪声 矢量声场 不确定性分析 沉积层声学 遗传算法

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利用混合图像处理方法提取浅层海底沉积层等效分层结构 被引量：1

4

作者 王文博 任群言 +1 位作者 胡涛 马力 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期1251-1257,共7页

海底沉积层分层结构对水下声传播有显著的影响。浅地层剖面仪是获取浅层海底的沉积层等效分层结构的一种高效手段,但是其输出数据易受环境影响且依赖人工识别。为提取沉积层分层结构,本文提出了一种自动提取沉积层等效分层界面的混合图... 海底沉积层分层结构对水下声传播有显著的影响。浅地层剖面仪是获取浅层海底的沉积层等效分层结构的一种高效手段,但是其输出数据易受环境影响且依赖人工识别。为提取沉积层分层结构,本文提出了一种自动提取沉积层等效分层界面的混合图像处理方法。该方法综合统计增强、多尺度线条滤波和二维小波变换的图像处理技术,有效抑制随机噪声和垂直干扰,增强分层区域的能量对比度,提高界面提取的准确度;结合二值化处理和深度错位相减的方法,可以得到沉积层等效分层结构参数。海上实验数据处理结果表明:该方法可以自动提取沉积层等效分层界面,不依赖于人工识别,且在几种典型沉积层分层环境下均能准确提取,具有很好的环境适应性。 展开更多

关键词 浅层剖面仪 声传播 分层海底 多尺度线条滤波器 二维小波变换 沉积层分层参数

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一种宽带声场干涉图案处理的方法及其应用 被引量：1

5

作者 任群言 朴胜春 HERMAND Jean-Pierre 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期296-301,共6页

针对传统图像处理方法不能给出声场干涉图案局部信息的局限性,介绍了一种基于图像Hessian矩阵特征值分析的多尺度线性滤波器,进行干涉图案的处理和特征提取,建立了具体条纹斜率和位置估计的有效方法,并进一步讨论了依据条纹参数估计结... 针对传统图像处理方法不能给出声场干涉图案局部信息的局限性,介绍了一种基于图像Hessian矩阵特征值分析的多尺度线性滤波器,进行干涉图案的处理和特征提取,建立了具体条纹斜率和位置估计的有效方法,并进一步讨论了依据条纹参数估计结果进行海底地声参数反演的可行性.从数值仿真以及海上实验数据的处理结果表明,该方法可以有效地提取宽带声场的干涉结构和条纹信息,而条纹的参数信息也可进一步应用到地声参数反演中. 展开更多

关键词 宽带声场 干涉结构 波导不变量 简正波 条纹处理 地声参数反演

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基于注意力机制的全海深声速剖面预测方法 被引量：6

6

作者 王同 苏林 +3 位作者 任群言 王文博 贾雨晴 马力 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第2期726-736,共11页

海水中的声速剖面具有明显的时间演化特性,其预测问题可以看作一个非线性的时间序列预测问题。解决此类问题的常用方法大多使用预定义的非线性形式,无法捕捉真正潜在的非线性关系。循环神经网络作为一种为序列建模特别设计的深度神经网... 海水中的声速剖面具有明显的时间演化特性,其预测问题可以看作一个非线性的时间序列预测问题。解决此类问题的常用方法大多使用预定义的非线性形式,无法捕捉真正潜在的非线性关系。循环神经网络作为一种为序列建模特别设计的深度神经网络,在捕捉非线性关系上具有极大的灵活性,在非线性自回归的时间序列预测这一问题上展现了它的有效性;注意力机制能够从众多信息中选择出对当前任务目标最关键的信息,对多变量时间序列在时空维度上的非线性关系进行捕捉。该文利用深度学习中的循环神经网络,添加双层注意力机制构建多变量时间序列预测模型,对浅海环境下时变的全海深声速剖面进行预测。多个模型的预测结果表明,该模型相对于单纯的编码-解码模型有着明显的预测性能提升,并且注意力权重的分布能够与实际物理现象相关联,为水声学中物理模型与机器学习的结合提供了新的思路。 展开更多

关键词 深度学习 循环神经网络 注意力机制 声速剖面预测

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卷积神经网络单矢量水听器方位估计 被引量：5

7

作者 曹怀刚 任群言 +1 位作者 郭圣明 马力 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期1524-1529,共6页

针对浅海环境下单矢量水听器方位估计的问题,本文提出了一种利用卷积神经网络对目标声源进行方位估计的方法。利用KRAKEN模型仿真的声压和质点加速度对1个包含3个卷积层和4个全连接层的卷积神经网络进行训练,利用训练好的卷积神经网络... 针对浅海环境下单矢量水听器方位估计的问题,本文提出了一种利用卷积神经网络对目标声源进行方位估计的方法。利用KRAKEN模型仿真的声压和质点加速度对1个包含3个卷积层和4个全连接层的卷积神经网络进行训练,利用训练好的卷积神经网络模型进行方位估计。仿真数据训练的卷积神经网络模型具有良好的方位估计性能,即使在低信噪比的条件下,依然能够获得可靠的方位估计结果。海上实验数据处理结果表明:该神经网络模型可以有效地从舰船辐射噪声中提取特征并准确地估计目标船只的方位,与传统的加权直方图的方位估计方法相比,本文方法具有更高的估计精度和可靠性。 展开更多

关键词 矢量水听器 质点加速度 方位估计 卷积神经网络 KRAKEN模型 舰船辐射噪声 浅海波导 深度学习

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多波束声呐海底底质半监督学习分类方法 被引量：2

8

作者 倪海燕 王文博 +2 位作者 任群言 鹿力成 马力 《声学技术》 CSCD 北大核心 2023年第4期524-532,共9页

多波束测深声呐的反向散射数据中包含海底表层的声学信息,可以用来进行海底表层底质分类。但实际中通过物理采样获得大范围的底质类型的标签信息所需成本过高,制约了传统监督分类算法的性能。针对实际应用中只拥有大量无标签数据和少量... 多波束测深声呐的反向散射数据中包含海底表层的声学信息,可以用来进行海底表层底质分类。但实际中通过物理采样获得大范围的底质类型的标签信息所需成本过高,制约了传统监督分类算法的性能。针对实际应用中只拥有大量无标签数据和少量有标签数据的情况,文章提出了基于自动编码器预训练以及伪标签自训练的半监督学习底质分类算法。利用2018年和2019年两次同一海域实验采集的多波束测深声呐反向散射数据,对所提算法进行了验证。数据处理结果表明,相比仅利用有标签数据的监督分类算法,提出的半监督学习分类算法保证分类准确率的同时所需的有标签数据更少。自动编码器预训练的半监督学习分类方法在有标签样本数量极少时的准确率仍高于75%。 展开更多

关键词 多波束测深声呐 反向散射数据 海底底质分类 半监督学习

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基于多域特征提取和深度学习的声源被动测距 被引量：1

9

作者 肖旭 王同 +3 位作者 王文博 苏林 马力 任群言 《应用声学》 CSCD 北大核心 2021年第1期121-130,共10页

采用一种基于多域特征提取的深度学习方法来实现声源被动测距。首先从声信号中提取多域特征,包含时域波形结构特征、时域包络特征、频域谱特征和基于短时傅里叶变换的时频联合域特征;然后基于不同谱表达计算出一组声学参数构成特征空间... 采用一种基于多域特征提取的深度学习方法来实现声源被动测距。首先从声信号中提取多域特征,包含时域波形结构特征、时域包络特征、频域谱特征和基于短时傅里叶变换的时频联合域特征;然后基于不同谱表达计算出一组声学参数构成特征空间,在此基础上采用最大相关-最小冗余准则选出特征空间中与声源位置相关性高的关键特征作为模型输入;最后通过一种改进的深度神经网络实现声源距离的估计,引入自适应矩估计优化算法进行模型训练,利用L2和Dropout正则化策略实现网络参数稀疏化。通过声速正梯度浅海环境仿真实例对方法进行验证,对比分析了波形参数对测距性能和模型收敛速度的影响。结果表明,此方法在模型训练过程中收敛速度较快,预测性能较稳定,在所定条件下测试集上声源信号的综合测距精确率达到95%以上。 展开更多

关键词 多域特征提取 深度学习 声源被动测距

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改进粒子滤波在海底地声参数反演中的应用 被引量：1

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作者 吴伟文 任群言 +1 位作者 鹿力成 马力 《声学技术》 CSCD 北大核心 2022年第5期763-773,共11页

海底地声参数作为海洋声信道的重要组成部分,很大程度上决定了海洋声传播特性。地声参数可以通过反演算法获得,与距离相关的地声反演问题近年来是研究的热点。粒子滤波是一种高效的序贯寻优算法,可以在海底声学特性随距离缓慢变化情形下... 海底地声参数作为海洋声信道的重要组成部分,很大程度上决定了海洋声传播特性。地声参数可以通过反演算法获得,与距离相关的地声反演问题近年来是研究的热点。粒子滤波是一种高效的序贯寻优算法,可以在海底声学特性随距离缓慢变化情形下,有效解决地声参数的估计问题。但当海底声学特性随距离变化剧烈,如沉积层分层情况发生改变时,传统的粒子滤波则可能失效。为解决此问题,有文献使用了带桥接重采样的粒子滤波反演地声参数。文章在此基础上进一步改进了粒子的采样方式,并将此方法应用到基于海底反射系数的反演中。通过仿真数据处理结果证明,文中提出的改进粒子滤波在地声参数随距离变化剧烈的情况下仍具有较好性能,可以准确地估计海底特性随距离的变化规律和海底沉积层的声学参数。 展开更多

关键词 地声参数 粒子滤波 序贯方法

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基于单波束声呐的沉积层参数序贯估计

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作者 肖旭 任群言 +2 位作者 苏林 马力 鹿力成 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期866-871,共6页

针对浅海环境下沉积层声学参数估计问题,本文提出一种基于单波束声呐的海底沉积层参数序贯估计方法。将浅海地声参数的声学反演问题建模为序贯估计问题,利用一种时域高频海底反向散射模型对海底散射回波包络进行预测,结合无迹卡尔曼滤波... 针对浅海环境下沉积层声学参数估计问题,本文提出一种基于单波束声呐的海底沉积层参数序贯估计方法。将浅海地声参数的声学反演问题建模为序贯估计问题,利用一种时域高频海底反向散射模型对海底散射回波包络进行预测,结合无迹卡尔曼滤波器,根据误差反馈动态校正模型参数,实现沉积层参数自适应估计。将该模型应用于海试数据,获得测线上海底底质类型平均粒径分布,并与全局优化模拟退火算法的预测精度和预测效率进行对比。结果表明:序贯估计预测的海底散射回波包络与实测结果符合较好,海底底质平均粒径的预测值与海底底质分类分布相比具有较高的可信度;序贯估计法在保证和全局优化法精度相似的情况下大幅提升算法效率,参数估计消耗的平均时间显著缩短。 展开更多

关键词 单波束声呐 沉积层声学 序贯估计 海底散射回波 无迹卡尔曼滤波 浅海声学 地声反演 优化算法

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声矢量场的抛物方程计算方法 被引量：8

12

作者 马树青 任群言 +1 位作者 朴胜春 杨士莪 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第7期775-780,共6页

采用抛物方程方法对声场声压进行计算,通过尤拉公式给出抛物方程方法对声矢量场参数求解表达式,并利用差分方法对声场质点振速值进行数值计算.该文介绍了三维抛物方程理论与FOR3D程序算法;对PEKER IS问题、单层海洋环境及ASA基准楔形模... 采用抛物方程方法对声场声压进行计算,通过尤拉公式给出抛物方程方法对声矢量场参数求解表达式,并利用差分方法对声场质点振速值进行数值计算.该文介绍了三维抛物方程理论与FOR3D程序算法;对PEKER IS问题、单层海洋环境及ASA基准楔形模型环境下的声矢量场进行仿真验证.结果表明,利用抛物方程方法可以快速简便地求解复杂海洋环境下的声场,并且可以用于计算声矢量场参数. 展开更多

关键词 抛物方程 声矢量场 简正波

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声矢量场计算方法 被引量：3

13

作者 张海刚 杨士莪 +2 位作者 朴胜春 任群言 马树青 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期470-475,共6页

随着声矢量传感器和矢量信号处理技术的快速发展,声矢量场的建模和准确快速预报也逐渐成为学者们研究的热点.利用反转算子算法,研究了基于弹性抛物方程方法的声矢量场建模和预报方法,计算并分析了具有弹性海底的浅海波导中质点位移场的... 随着声矢量传感器和矢量信号处理技术的快速发展,声矢量场的建模和准确快速预报也逐渐成为学者们研究的热点.利用反转算子算法,研究了基于弹性抛物方程方法的声矢量场建模和预报方法,计算并分析了具有弹性海底的浅海波导中质点位移场的分布情况,并与基于尤拉公式的数值差分求解声矢量场的方法做了对比,结果显示该方法具有准确性和稳健性,适合声矢量场的快速预报. 展开更多

关键词 弹性海底 声矢量场 浅海 弹性抛物方程 反转算子

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卷积神经网络主动目标方位估计

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作者 王珍珠 赵猛 +2 位作者 任群言 肖旭 马力 《应用声学》 CSCD 北大核心 2023年第3期467-473,共7页

复杂海洋环境中信道的传输特性、时空变化、频散效应等一定程度上制约了主动声呐目标方位估计的性能。该文引入卷积神经网络,提出了适用于主动声呐中目标方位的高精度估计方法。仿真声场环境为浅海负梯度,主动发射信号为具有多普勒不变... 复杂海洋环境中信道的传输特性、时空变化、频散效应等一定程度上制约了主动声呐目标方位估计的性能。该文引入卷积神经网络,提出了适用于主动声呐中目标方位的高精度估计方法。仿真声场环境为浅海负梯度,主动发射信号为具有多普勒不变性质的双曲调频信号,水平线列阵作为接收装置,目标按仿真路线运动。该文利用Kraken进行声场数据仿真,并对接收的信号在频域做均匀加权常规波束形成,进而进行卷积神经网络的模型训练和测试。数值仿真研究表明,该文所用方法可以有效估计目标波达方向,对信噪比具有一定的鲁棒性。 展开更多

关键词 主动声呐 卷积神经网络 常规波束形成

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