基于深度学习的声源定位技术研究文献综述

 2022-10-27 10:42:36

文献综述(或调研报告):

在上世纪90年代左右,机器学习[1,2]在水下声学中就已广泛使用:Steinberg等人将神经网络运用于确定均质介质中的源位置[3],Ozard等人在匹配场处理(Matched Field Processing, MFP)中使用人工神经网络模拟距离和深度判别[4]等等。Steinberg等人使用的是由线性和Sigmod式的神经元组成的单层前馈神经网络(Feedforward Neural Network, FNN),在满足解析率和采样条件(训练点之间的距离必须很小)时运行结果较好;Ozard等人使用没有隐藏层的前馈神经网络在距离和深度上定位源,不过它只是将匹配场[5,6]中高度处理过的数据作为输入(正交基的激活),本质的目的也是为了避免匹配场中的大量运算,性能在小的距离和深度间隔划分内非常有效。但是这两者的缺陷也很明显,前者的限制比较多(实验环境是均匀介质)而且使用的方法较现在略显老旧,后者本质上还是使用的匹配场处理方法,只是规避了繁杂的计算。

近些年来,Bibb等人使用随机森林算法进行城市中的声源定位[7]、salvati等人在麦克风阵列波束形成中使用SVM进行远场声源定位[8]、Houegnigan等人利用神经网络进行时延估计和源定位[9]、Soares等人在时变海洋波导中进行源定位[10]展示了机器学习在更加复杂环境下进行声源定位的可能。更加引人注目的是Lefort等人在波动的海洋中运用直接回归进行水下声源定位[11]、Niu等人将前馈神经网络、支持向量机(Support Vector Machine, SVM)、随机森林(Random Forest, RF)与传统匹配场处理相比较[12],展示出水下声源定位使用机器学习方法的可能性,以下简略介绍两篇论文:

1. 在波动的海洋中运用直接回归进行水下声源定位

将两种直接回归方法——分段线性回归和核回归与两种传统的匹配长处理方法,如匹配场波束形成器(Matched Field Beamformer, MFBF)[13]和Music算法的定位性能相比较。

线性回归模型:

(1)

其中,在训练步骤中,矩阵A将从训练集如下学习,使(相应的),我们需要寻找合适的A使得Y=AX,这相当于解决

(2)

其中是A的第i行,是的第i列

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