0引言

如何在復(fù)雜的海洋環(huán)境下對水聲信號進(jìn)行識別是目前亟需解決的難題。傳統(tǒng)的基于信號特征的水聲目標(biāo)信號識別方法，特征受時/頻/空域變換算法的制約不可避免地丟失目標(biāo)信息。深度學(xué)習(xí)方法能夠自動地通過逐層訓(xùn)練學(xué)習(xí)到數(shù)據(jù)高級的特征表示，從而得到更豐富的特征信息。該方法集特征提取與分類于一體，完成從輸入信號到輸出分類的處理。隨著深度學(xué)習(xí)在圖像識別、語音識別等領(lǐng)域取得了巨大的成功，國內(nèi)外學(xué)者陸續(xù)嘗試將深度學(xué)習(xí)方法應(yīng)用于水聲信號識別中。一些學(xué)者將卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對水聲信號的時頻譜特征進(jìn)行學(xué)習(xí)和識別［1］，有效降低了噪聲的影響，分類精度可達(dá)9857%，取得了很好的識別效果，李俊豪等學(xué)者根據(jù)水聲信號的特點(diǎn)，從水聲信號時頻特征出發(fā)設(shè)計了深度卷積網(wǎng)絡(luò)［2］，有助于提取到具有一定物理意義的譜特征，識別率顯著提高。但由于水聲信號的獲取難度大，導(dǎo)致水聲數(shù)據(jù)樣本是小樣本，樣本較少模型容易產(chǎn)生過擬合的現(xiàn)象。深度自編碼網(wǎng)絡(luò)可以對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的降維，避免模型出現(xiàn)過擬合。陳越超等學(xué)者基于降噪自編碼器對水聲數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取與識別［3］，結(jié)果表明，對于不同類型目標(biāo)與同一目標(biāo)的不同狀態(tài)，降噪自編碼器都能提取可分性特征，識別率也高于其他對比方法。薛靈芝等學(xué)者對深度自編碼網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了改進(jìn)，在最后一層隱藏層的輸入值中加入第一層的特征值，有效地避免了單一通道中由于連乘導(dǎo)致的梯度消失問題［4］，結(jié)果表明，該算法能有效地對水聲信號進(jìn)行特征提取和分類，并具有良好的魯棒性。但是自編碼器一般基于全連接的方式構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型，但是全連接網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)算量較大，對實時性要求較高的應(yīng)用來說有較大的局限性。

綜上所述，本文綜合利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）和卷積去噪自編碼器(CDAE)的優(yōu)勢，構(gòu)建了適應(yīng)水聲信號的深度卷積網(wǎng)絡(luò)和卷積去噪自編碼器（CDAE-CNN），將水聲信號的Lofar譜特征作為模型的輸入，進(jìn)行特征提取和分類，利用更少的參數(shù)學(xué)習(xí)更豐富的特征，實現(xiàn)對水聲信號的分類。

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作者信息：

曹琳，彭圓，牟林，孫悅，徐劍秋

（水下測控技術(shù)重點(diǎn)實驗室，遼寧大連116013）