基于人耳主观反应的听觉特征量及其在目标识别中的应用

摘要

水下目标自动识别是现代海战的重要环节，特征提取是目标识别中的关键。为了得到稳定有效的识别特征，传统的特征提取方法主要是通过信号处理与变换技术来提取信号内蕴含的有效特征，虽然这些技术的发展很快，但复杂环境下的目标识别率始终不理想。为此，本论文通过对人耳听觉机理的研究，针对水下目标分类识别，从心理声学的角度寻求基于人耳主观反应的新的目标识别特征，为水下目标识别中的特征提取开辟新的途径。 论文通过对人类听觉系统的深入了解，研究了人类听声辨物的过程与机理。人类听觉系统的特殊结构决定了人耳对声音的频率分辨、音调识别、强度分辨、时间延迟等听觉特性，而人对声音的主观感受主要由响度、音调、音色等特征来描述，同时又受到掩蔽效应、优先效应等特性的影响。因此，心理声学研究者提出用上述心理声学参数客观描述不同声音造成的主观感受，用它们定量地反映听觉感受的差别。为此，本论文深入研究了响度类特征和音调特征的物理含义和计算方法，并针对声学目标，尤其是水下目标识别进行了改进。 考虑到人类听觉系统识别声音时，人脑神经系统起到关键性的作用。因此，本论文建立的目标识别系统选择近似于人类大脑的人工神经网络分类器进行分类识别。针对本论文的实验研究，设计了前馈BP三层神经网络分类器。 对实测的水下目标辐射噪声、汽车噪声和无线电通信噪声进行了目标识别的实验研究，寻找有效识别特征，得出结论：人耳听觉特征量中的特性响度、特性尖锐度、总响度和总尖锐度可作为水下目标识别的有效特征，反映了目标声音的强度特性，在一定程度上能提高水下目标识别率；音调作为相关特征，补充了响度类特征中不包含的声学目标的频率特征，与响度类特征结合使用可以提高识别率。 在不同类型目标分类识别研究中，在以特性响度为识别特征的前提下，利用遗传算法进行特征选择，既降低特征维数又提高了目标识别率。深入研究了样本时间长度和不同频率分析尺度等因素对识别结果的影响，发现用临界频带和1/3倍频程频带分析得到的特性响度特征最能有效识别目标，而临界频带具有普遍的通用性。同时对训练样本和测试样本的组合方式加以改进，使识别过程更接近实际情况。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章人耳听觉机理和听觉特征量

第三章水下目标听觉特征量的提取及目标识别

第四章基于听觉特征量的目标特征优化

第五章全文总结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

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