[發(fā)明專利]水下目標gammatone離散小波系數(shù)聽覺特征提取方法

有效

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• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103557925A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊益新;吳姚振
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01H3/00
• 分類號: G01H3/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水下目標gammatone離散小波系數(shù)聽覺特征提取方法，可應(yīng)用于水下目標輻射噪聲的分類識別。

背景技術(shù)

水下目標特征提取是指從經(jīng)過預(yù)處理的水下目標輻射噪聲波形中提取反映其特點、類型的一組特征（時域特征提取），或者使用某種方法把目標輻射噪聲波形進行變換，然后在變換域中提取反映其特點、目標類型的一組特征（變換域特征提取）。特征提取是目標識別中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，它直接影響到目標的最終識別結(jié)果。目前，應(yīng)用較成熟的特征提取方法主要有：

1)功率譜估計及LOFAR譜分析

2)DEMON譜分析

3)小波變換及時頻譜分析

雖然上述特征提取方法的研究取得了很多令人鼓舞的成果，但在實際應(yīng)用中，由于水下環(huán)境的復(fù)雜性、水聲信道的特殊性及水下目標的多樣性，上述特征提取方法提取出的特征無法達到滿意的識別效果，目標的最終判定很大程度上仍然依賴于聽音員的耳聽判型。有經(jīng)驗的聽音員能夠在復(fù)雜的海況下，對水下目標做出正確的類型判別。為此，研究者從仿生學(xué)的角度來進行聽覺感知特征提取技術(shù)的研究，特別是對人耳聽覺系統(tǒng)模仿的研究。

人類的聽覺系統(tǒng)是人類獲取外界信息的主要器官。正常人的聽覺系統(tǒng)是極為靈敏的，可聽聲音的頻率范圍為20Hz-20kHz，人類聽覺器官對聲波的音高、音強及動態(tài)頻率具有良好的分析感知能力。聽覺建模是研究人耳聽覺系統(tǒng)的一個重要手段，因為聽覺模型最接近人耳對聲音信號的處理過程，提取的特征最能反映聲音的本質(zhì)，且具有很好的穩(wěn)健性。

近年來，國內(nèi)外研究者從人耳聽覺感知機理出發(fā)，研究適用于水下目標輻射噪聲的新的特征提取方法，尋找人耳主觀聽覺量中的有效感知量，從而提高水下目標的正確識別率。

目前，使用最為廣泛的是一種準聽覺模型MFCC（Mel-Frequency?Cepstral?Coefficients）特征模型，具有計算簡單和目標特征有效表示的特性，其主要思想是用傅里葉變換模擬人耳聽覺系統(tǒng)的基底膜頻率分解功能，用對數(shù)變換模擬聽覺系統(tǒng)的非線性特性。MFCC算法的主要過程是：首先對實測的噪聲數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，以使目標信號在短時內(nèi)表示為近似平穩(wěn)，然后對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進行傅里葉變換，將時域信號處理轉(zhuǎn)化為頻域信號處理，接著讓其通過三角濾波器組進行聽覺濾波，同時使用對數(shù)壓縮，最后對對數(shù)壓縮后的數(shù)據(jù)進行離散余弦變換，并取前N個系數(shù)。

MFCC算法易受噪聲的影響，信號稍有干擾，頻譜的幅值、相位和頻率都有可能產(chǎn)生較大的誤差。4階的Gammatone濾波器組能較好地模擬聽神經(jīng)的生理學(xué)特性及耳蝸基底膜的濾波特性，且具有簡單的沖激響應(yīng)函數(shù)，所需的參數(shù)最少，其輸出特別適合于進行耳蝸內(nèi)的譜分析。因此，使用4階的gammatone濾波器組，結(jié)合比離散余弦變換具有更好的時頻分辨率的離散小波變換，對水下目標輻射噪聲進行特征提取，形成仿人耳的聽覺特征矢量，是一種可行的特征提取方法。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種水下目標gammatone離散小波系數(shù)聽覺特征提取方法，使用gammatone聽覺濾波器組和離散小波變換輸出得到gammatone頻率離散小波系數(shù)，形成水下目標的聽覺特征矢量，可在復(fù)雜海洋環(huán)境干擾條件下，提高水下目標信號特征提取的穩(wěn)健性，從而提高水下目標識別的正確率。

技術(shù)方案

一種水下目標gammatone離散小波系數(shù)聽覺特征提取方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將所要分析的目標數(shù)據(jù)進行分幀處理，分幀時一幀的長度包含2～5節(jié)奏周期，然后將每幀信號加Hamming窗，Hamming窗函數(shù)為：