[發明專利]一種基于決策樹的水下直達聲挑選方法

有效

• 申請號: 201911057433.X
• 申請日: 2019-11-01
• 公開（公告）號: CN110826216B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 孫思博;梁國龍;于雙寧;趙春暉;張光普;史智博;陳迎春;張新宇;明瑞和;臧傳斌
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06K9/62
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

1.一種基于決策樹的水下直達聲挑選方法，其特征在于，所述挑選方法包括以下步驟：

步驟1：信號參數預處理：對聲納探測得到的信號參數進行預處理，以使其更能準確的反映直達聲特征；

步驟2：基于C4.5算法的決策樹生成：利用訓練集數據，經過預處理之后的信號參數作為特征輸入，將信息增益率作為節點生成準則，采用C4.5算法逐個生成節點，直至完成直達聲判決決策樹的搭建；

步驟3：根據生成的決策樹進行直達聲判決：將經過預處理后的信號參數輸入至決策樹，逐層根據枝節點內容進行信號分類，直至到達某一葉節點，并依照該節點的標簽決定信號屬于直達聲或非直達聲；

所述步驟1中計算歸一化信號幅度即：

式中：a_n為歸一化信號幅度，a_n'為絕對信號幅度，N為在每個信號周期內所檢測到的聲脈沖個數；

所述步驟1中計算相對信號到達時間，使其直接能更直接的反映直達聲特征，即：

式中：t_n為相對信號到達時間，t_n'為絕對信號到達時間；

所述步驟1中計算信號時長展寬，即：

T_n＝T_n′-T_s

所述步驟1中計算信號頻譜展寬，即：

B_n＝B_n′-B

所述步驟1中計算多普勒頻移，即：

f_n＝f_n'-f_c

式中：T_s、B、f_c分別為發射信號的時寬、帶寬及中心頻率；T_n'、B_n'、f_n'分別為接收信號的時寬、帶寬及中心頻率；T_n、B_n、f_n分別為信號的時間展寬、頻譜展寬及多普勒頻移；

最后，需要對訓練集樣本的信號類型進行數字化標記，以作為訓練集數據的決策樹輸出。

2.根據權利要求1所述挑選方法，其特征在于，所述步驟1中的預處理包括計算歸一化信號幅度、計算相對信號到達時間、計算信號時長展寬、計算信號頻譜展寬、計算多普勒頻移和訓練集數據直達聲標注。

3.根據權利要求1所述挑選方法，其特征在于，所述C4.5算法的決策樹生成分類判決器包括以下步驟：

步驟2.1：計算分類樣本的信息量及不同劃分屬性下對應樣本信息量：

式中：D為樣本空間，初次分類時，樣本空間為整個訓練集數據；Y為樣本對應的類別數；p_k為每類樣本數目占整個樣本空間的概率；

步驟2.2：計算不同分類劃分屬性下的信息增益率：

式中：A_i∈{a_n,t_n,T_n,B_n,f_n,}表示所選取的劃分屬性；G(D,A_i)為信息增益；H(A_i)為固有信息量；p為劃分屬性的類別；D_p為在對應類別下的樣本空間，R(D,A_i)為信息增益率；

步驟2.3：選擇最優的劃分屬性：

步驟2.4：為最優屬性生成一個節點：依照最優屬性進行分類，為的每個取值生成一個分支，當為連續屬性時，采用二分法生成分支，并計算該分支下所對應的樣本空間D_p；

步驟2.5：確定分支節點類型：對于每一個分支，若其對應的樣本空間則取消該分支；若其對應的樣本空間屬于同一樣本類別則該分支為葉節點；若其對應的樣本空間不屬于同一樣本類別則該分支為枝節點；

步驟2.6：對于每一個新生成的枝節點重復步驟2.1至步驟2.4，直至生成整個決策樹判決器。

4.根據權利要求1所述挑選方法，其特征在于，所述步驟3中信號數據進行直達聲判決具體步驟如下：

步驟3.1：將信號樣本輸入至決策樹根節點處；

步驟3.2：依照節點所對應的判決屬性對信號樣本進行分類，并將樣本下移至對應分支；

步驟3.3：若對應分支為枝節點，則重復第二步；若對應分支為葉節點，則進入下一步；

步驟3.4：根據葉節點所屬數字標記確定聲信號類別；當數字標記為1時，則該信號為直達聲信號；當數字標記為0時，則該信號為非直達聲信號。