水聲目標(biāo)特征分析與識(shí)別技術(shù)
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研究建議
進(jìn)一步加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，挖掘目標(biāo)物理特征，提高識(shí)別正確性和寬容性。重視水聲目標(biāo)特性基礎(chǔ)研究，充分掌握并挖掘水中目標(biāo)物理特征。以目標(biāo)噪聲源發(fā)聲或散射的物理機(jī)理為保障，有效提高目標(biāo)識(shí)別的正確率及其對(duì)海洋環(huán)境和運(yùn)動(dòng)工況的寬容性。
深化目標(biāo)特征與海洋環(huán)境信息的耦合研究，提高環(huán)境適應(yīng)性。近年來(lái)，高度重視海洋環(huán)境和目標(biāo)干擾對(duì)聲吶裝備探測(cè)與識(shí)別性能的影響，強(qiáng)調(diào)裝備要有對(duì)環(huán)境自主感知和適應(yīng)的能力，并提出了環(huán)境自適應(yīng)技術(shù)的概念，基于先驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)目標(biāo)與環(huán)境信息實(shí)現(xiàn)聲吶參數(shù)設(shè)置和控制的最優(yōu)化，有望使聲吶的性能達(dá)到最佳，大幅度提高聲吶探測(cè)與識(shí)別的環(huán)境適應(yīng)性。
增強(qiáng)目標(biāo)信號(hào)的保真獲取能力，設(shè)計(jì)抗干擾/畸變的目標(biāo)特征精細(xì)化提取方法。海上目標(biāo)信號(hào)一般通過(guò)聲吶陣列獲取，在陣列處理中的參數(shù)失配以及海洋環(huán)境中多目標(biāo)強(qiáng)干擾等問(wèn)題都會(huì)影響后續(xù)的特征提取和分類識(shí)別處理。開(kāi)展自適應(yīng)的波束形成技術(shù)，時(shí)空頻域的多目標(biāo)干擾辨識(shí)，信號(hào)特征預(yù)畸變處理等研究，設(shè)計(jì)精細(xì)化的特征獲取方法以保障目標(biāo)信號(hào)聲特征的有效獲取。
系統(tǒng)、有序開(kāi)展水聲行業(yè)數(shù)據(jù)工程建設(shè)，提升水聲目標(biāo)數(shù)據(jù)支持能力。系統(tǒng)性的數(shù)據(jù)是水聲目標(biāo)特征掌握與目標(biāo)識(shí)別的基礎(chǔ)。而水中目標(biāo)特別是感興趣的軍用目標(biāo)數(shù)量少、海洋面積大、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度慢、水聲信號(hào)獲取的作用距離近等特點(diǎn)，嚴(yán)重制約了與關(guān)心目標(biāo)的聲學(xué)接觸概率。另外，目標(biāo)設(shè)計(jì)制造工藝與工況的復(fù)雜多變，水聲數(shù)據(jù)受“污染”程度高，包含大量的加性或乘性干擾，混雜了目標(biāo)和自身平臺(tái)的各種信號(hào)，加大了水聲有效數(shù)據(jù)的獲取、分析、運(yùn)用難度。因此，必須舉全行業(yè)、國(guó)家的整體力量，規(guī)范、有序、長(zhǎng)期開(kāi)展水聲數(shù)據(jù)獲取、處理與管理工作，強(qiáng)化水聲行業(yè)數(shù)據(jù)工程建設(shè)，提升水聲目標(biāo)數(shù)據(jù)支持能力。
針對(duì)水聲目標(biāo)信號(hào)特點(diǎn)，理性開(kāi)展人工智能水聲目標(biāo)識(shí)別技術(shù)研究。人工智能、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)的蓬勃發(fā)展為目標(biāo)識(shí)別開(kāi)創(chuàng)了新的途徑，在視覺(jué)、語(yǔ)音和文本處理等智能識(shí)別領(lǐng)域中獲得了良好的應(yīng)用效果。但是這種通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練自主學(xué)習(xí)樣本內(nèi)在規(guī)律的前提是需要大量、完備、有代表性的樣本數(shù)據(jù)，而這正是水聲數(shù)據(jù)難以滿足的要求。直接的仿照處理不一定能獲得視覺(jué)、語(yǔ)音和文本識(shí)別的理想效果，而且水聲識(shí)別也往往不具備二次驗(yàn)證的機(jī)會(huì)。因此，應(yīng)針對(duì)水聲目標(biāo)信號(hào)特點(diǎn)，理性開(kāi)展人工智能水聲目標(biāo)識(shí)別技術(shù)研究，在自主學(xué)習(xí)特征和傳統(tǒng)頻譜特征的關(guān)聯(lián)性，自主學(xué)習(xí)特征的可讀性和可解釋性等方面進(jìn)一步深入探索，開(kāi)展基于人工智能的強(qiáng)化學(xué)習(xí)和遷移學(xué)習(xí)等技術(shù)研究，以適應(yīng)樣本不充分條件下的應(yīng)用。
水聲目標(biāo)特征提取與識(shí)別具有重要的軍事意義和研究?jī)r(jià)值，也是國(guó)際公認(rèn)的難題，需要深入的機(jī)理研究、長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)積累、先進(jìn)的特征分析提取及目標(biāo)識(shí)別方法等支持。特別是隨著目標(biāo)對(duì)象在隱身、特征控制等方面的不斷發(fā)展，難度更大，更需要堅(jiān)持不懈的探索與研究。（作者：方世良，東南大學(xué) 水聲信號(hào)處理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；杜栓平，杭州應(yīng)用聲學(xué)研究所 聲納技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；羅昕煒，東南大學(xué) 水聲信號(hào)處理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；韓寧，東南大學(xué) 水聲信號(hào)處理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；徐曉男，杭州應(yīng)用聲學(xué)研究所 聲納技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。《中國(guó)科學(xué)院院刊》供稿）