[發明專利]異常水聲信號的檢測方法及系統

有效

• 申請號: 202210846309.7
• 申請日: 2022-07-19
• 公開（公告）號: CN114927141B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 劉立國;郭勇;高玉帥;高強;張云雷;樊誠
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G10L25/51
• 分類號: G10L25/51;G10L25/03;G10L25/24;G06K9/00;G06K9/62;H04R1/44
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 劉琳

1.一種異常水聲信號的檢測方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟S1：通過對網絡公開的數據集和船只音頻數據進行分析和處理，得到背景信號集合、正常信號集合和異常信號集合；

步驟S2：在待檢測的海洋范圍內，對所述背景信號集合、正常信號集合和異常信號集合進行處理，生成模擬數據，所述模擬數據包括：水聽器陣列坐標、水聽器信道的背景信號、正常船只的運動軌跡坐標序列、正常船只運動中的原始聲音信號、異常船只的運動軌跡坐標序列、異常船只運動中的原始聲音信號；

步驟S3：對所述模擬數據進行分析，通過所述異常船只的運動軌跡和水聽器陣列坐標，計算所述異常船只運動中的原始聲音信號達到每個水聽器的時間，對所述水聽器信道的背景信號進行異常信號標注，生成異常信號音頻序列真值；

步驟S4：將所述模擬數據中正常船只、異常船只運動中的原始聲音信號進行衰減處理，與所述水聽器信道的背景信號進行疊加，生成多路水聽器音頻文件；

步驟S5：對所述多路水聽器音頻文件進行下采樣，選取音頻特征進行特征提取，并生成特征圖；

步驟S6：采用線性回歸方法對所述特征圖進行分析，通過設定正常閾值θ_p和置信度閾值θ_a識別其中的異常信號，并對所述多路水聽器音頻文件進行標注，生成異常索引文件；

步驟S7：將所述異常索引文件與異常信號音頻序列真值進行對比，生成異常信號的召回率Recall，當召回率小于設定值時，調整步驟S5中提取的所述音頻特征和步驟S6中的正常閾值θ_p和置信度閾值θ_a，重新執行步驟S7直至所述召回率Recall不小于設定值；

步驟S8：將待檢測異常水聲信號的多路水聽器音頻文件執行步驟S5～S6，得到檢測結果。

2.根據權利要求1所述的一種異常水聲信號的檢測方法，其特征在于：步驟S1中的所述背景信號集合包括海洋常規白噪聲和生物聲音信號；所述正常信號集合包括水面船只聲音信號；所述異常信號包括水下船只聲音信號和其它無人潛航器。

3.根據權利要求1所述的一種異常水聲信號的檢測方法，其特征在于：步驟S2具體為：在待檢測的海洋范圍內，隨機生成指定數量的水聽器坐標，構建水聽器陣列坐標；從所述背景信號集合中隨機生成指定數量的背景信號并添加隨機噪聲，生成水聽器信道的背景信號；在待檢測的海洋范圍內，隨機生成正常船只的運動軌跡，構建正常船只的運動軌跡坐標序列；從所述正常信號集合中隨機抽取指定數量的正常船只信號并添加隨機噪聲，生成正常船只在運動中的原始聲音信號；在待檢測的海洋范圍內，隨機生成指定數量的異常船只的運動軌跡，構成異常船只的運動軌跡坐標序列；從所述異常信號集合中隨機抽取指定數量的異常船只信號并添加隨機噪聲，生成異常船只在運動中的原始聲音信號。

4.根據權利要求1所述的一種異常水聲信號的檢測方法，其特征在于：步驟S3具體為：計算所述異常船只與每個水聽器的距離L，通過距離L和水下聲速V，計算所述異常船只的聲音信號達到每個水聽器的時間，通過所述時間對水聽器信道的背景信號進行標注，生成異常信號音頻序列真值。

5.根據權利要求4所述的一種異常水聲信號的檢測方法，其特征在于：步驟S4包括以下步驟：

步驟S41：通過步驟S3的方法計算所述正常船只和異常船只運動中的原始聲音信號到達每個水聽器的時間；

步驟S42：通過水下聲強計算公式和聲強還原振幅Griffin-Lim方法計算到達每個所述水聽器的衰減后的聲音信號；

步驟S43：將所述衰減后的聲音信號和水聽器信道的背景信號進行疊加，生成多路水聽器音頻文件。