Page 198 - 应用声学2019年第4期

658 2019 年 7 月

2.3 数据完备性问题 噪声特性建立的识别数据库是否具有普适性，是一
深度学习技术依赖数据，数据的完备性对深度 个值得重视的理论问题。关于海洋环境对船舶辐射
学习模型的识别能力具有很大的影响。对于待识别 噪声的影响，国内外研究成果还不多，直接可以应用
样本，如果网络模型已经学习了该样本的大量相似 的成果更少。另外，由于水声传播理论尚不完善，因
数据，那么对该样本具有很好的识别效果。如果网 此，该领域研究水平和成果实用性受到制约，需要加
络模型没有学习该样本的相似数据，那么对该样本 强该领域研究工作，回答识别特征数据库海洋环境
的识别能力将会很低。针对船舶辐射噪声信号，如 适应性问题。
果能够获得某型船舶在某海域多种海况、不同工况 3.3 新机理识别技术研究
下的船舶辐射噪声信号，那么对该船舶在该海域产 3.3.1 基于声场结构识别技术研究
生的未知样本应具有很好的识别效果。反之，如果 对于反潜水声识别来说，潜艇和水面船舶显著
网络模型没有学习过待识别样本的相似数据，那么 不同之一是潜艇是在海洋深处运动，而水面船舶目
网络模型很难实现对该样本的识别。 标在水面运动，其激发声源的深度是有显著差别的。
众所周知，船舶辐射噪声信号具有数据获取困 文献 [19] 认为，对于三维矢量传感器来说，水面船
难、样本数据少、质量参差不齐等特点，获得同目标 舶垂直声能流在300 Hz 以下很弱，明显不同于水下
高质量数据是十分困难的。此外，海区环境对船舶 目标。惠俊英教授等 [20−21] 研究成果认为在浅海海
辐射噪声影响严重，而且这种影响的理论研究尚不 域，处于一定海深的三维矢量传感器垂直声能，对于
成熟。因此，船舶辐射噪声数据完备性不足的问题， 水面目标和一定深度的水下目标具有明显的差异。
给深度学习技术在识别中的应用带来巨大挑战。 基于声场结构的水面/水下目标分类技术理论研究
还不充分，实验验证更是不足，需要开展进一步的理
3 需要着重开展的研究工作
论和试验验证工作。
3.1 船舶辐射噪声识别特性研究 3.3.2 基于合成孔径波束形成的识别技术研究

目标识别以目标特性研究为基础。由于目标特 匹配场处理 (Matched field processing, MFP)
性问题的复杂性，或者说识别研究对目标特性研究 或 匹 配 模 态 处 理 (Matched mode processing,
牵引推动不够等因素，面向识别需求的目标特性研 MMP) 是水声目标定位的重要方法。对于反潜探
究明显不足。相对于潜艇减振降噪来说，面向潜艇 测识别来说，对潜艇定位了也就识别了，深度信息说
减振降噪的目标特性研究显然要深入得多。船舶辐 明了一切。该方法需要采用垂直阵或者水平阵，需
射噪声识别特性研究，概括起来主要有以下几个方 要准确的声速梯度和海底底质等环境信息，但由于
面：(1) 船舶工况对船舶辐射噪声调制谱、低频线谱 环境信息不准确存在适配造成定位性能严重下降
的影响；(2) 船舶螺旋桨结构对船舶辐射噪声调制 的问题。文献 [22] 给出了一种基于单水听器移动目
谱、低频线谱的影响；(3) 船舶辐射噪声低频线谱和 标深度估计方法，该方法不需要估计目标距离，只需
调制谱映射关系；(4)船舶辐射噪声谱和船舶结构的 要象征性地知道声速和海底底质得到模态深度函
关系。以上这些研究内容，国内外虽然已经开展了 数，声源深度可以通过合成孔径波束形成输出结果
一定的工作，但系统、权威的研究成果还比较缺乏。 估计出来，比 MFP 或者 MMP 的稳健性要好。这种
另外，由于降噪等因素，潜艇推进器从大侧斜螺旋桨 方法也可以扩展到垂直阵，在一定条件下阵的波束
发展为泵喷推进器，甚至是无轴泵喷推进器，这些新 输出可以直接用来估计目标深度而不需要知道水
型推进器带来船舶辐射噪声特性的变化对水声探 声环境信息。该技术具有装备形态简单、识别潜艇
测和识别来说都具有重要影响，需要开展深入细致 特征稳健性好等特点，但目前该技术离工程应用还
的研究工作。 有一定距离，需要开展进一步的理论和试验研究。

3.2 海洋环境对船舶辐射噪声特性影响研究 参 考 文 献
船舶辐射噪声识别特征数据库是水声目标识 [1] Rajagopal R, Sankaranarayanan B, Rao P R. Target
classification in a passive sonar-an expert system ap-
别装备的重要组成部分，但由于海洋环境对船舶辐
proach[C]. International Conference on Acoustics. IEEE,
射噪声特性有重要影响，以某海域获得的船舶辐射 2002: 2911–2914.