特征提取是計算機視覺和圖像處理中的一個概念。它指的是使用計算機提取圖像信息，決定每個圖像的點是否屬于一個圖像特征。在很多行業中都會用到特征提取技術，本文是一篇工程師論文范文，主要論述了艦船輻射噪聲RPT特征傳播穩定性研究。

　　【摘 要】本文首先針對信道的相干多途特性，基于射線理論，利用MATLAB仿真得到了多途信道的相關參數，并借鑒序列重復的的基本理論，計算出艦船噪聲的的非線性特征―序列重復度RPT;最后將艦船輻射噪聲通過多途信道作用，提取不同信道作用后的RPT特征并進行對比分析。研究表明，當艦船輻射噪聲在不同傳播距離和海深的信道里傳播時，RPT特征的幅值緩慢變化，且其特征曲線的形狀改變較小，也即艦船輻射噪聲的RPT特征在多途信道里傳播時保持了較好的穩定性。

　　【關鍵詞】相似序列重復度,特征穩定性,艦船輻射噪聲

　　【Abstract】Multi-path parameters of underwater acoustic channel based on ray theory are got firstly. Next， similar sequence repeatability(RPT)feature of ship-noise is extracted based on RPT theory. At last the affection of multi-path channel is added to ship noise and RPT feature is extracted and compared. The research indicates that， RPT value change slowly when ship noise passes from the channels with different ranges and depths and its shape changes less. Namely RPT feature is steady passing through multi-path channel.

　　【Key words】Similar sequence repeatability; Feature stabilization; Ship radiated noise

　　0 引言

　　特征提取是目標識別與分類的重要前期工作[1-2]。盡管特征提取技術已經進行了多年的研究，已提取出針對不同目標的多種特征向量，然而，在實際的海洋水聲環境下，利用這些特征向量進行目標識別與分類的效果不甚理想。

　　這種現象的出現，原因來自于多個方面，但其中很重要的一個是：艦船噪聲特征經過信道傳輸可能發生了畸變[3]，或者說某些特征存在傳播不穩定性。基于此認為，對提取的噪聲特征向量進行穩定性分析是有效提高識別準確率的關鍵環節。

　　本文在射線理論的基礎上構建多途傳播信道，利用MALAB仿真計算，提出了艦船噪聲的RPT特征，并分析了其在多途信道中的傳播穩定性，為在復雜的海洋環境下提取穩定特征，準確識別目標進行了一定的探索研究。

　　1 構建信道模型

　　1.1 聲傳播的射線模型

　　射線模型是聲傳播的基本模型[6]，假設聲波能量沿著聲線傳播，且聲線的分布是多途的，以第i條聲線為例，其幅度為Ai，時延記為τi，介質對聲能的吸收和聲波色散效應不計，多途的聲線攜帶能量到達同一接收點產生干涉疊加效應，得到該信道的系統函數可表示為：

　　假設已知某一海區的深度、聲速梯度，以及發射聲源和聲接收的位置關系，通過式(1)和(2)可計算出信道系統函數[7-8]。

　　1.2 信道系統函數仿真計算

　　假設發射聲源和接收點位置是固定不變的，則其信道系統函數仿真為：

　　(1)聲速負梯度(發射聲源30m，接收點50m，設置0.1的衰減門限，發射聲源與接收點間距依次設定為500m、1km、3km、7km、5km、10km，海面1510m/s，海底1460m/s)，海區深100m，結果如圖1所示。

　　(2)發射聲源與接收點的距離改變為3km，海區水深設定為50m、80m、100m、200m、300m、400m，結果如圖2所示。

　　通過仿真可以發現，傳輸函數類似于“梳狀濾波器”，噪聲信號在其中的傳播過程會受到濾波效應的影響，從而使傳輸的信號發生畸變。

　　2 非線性特征提取

　　在非線性處理中，相空間重構是揭示數據內在本質特征的有效手段，本文重點研究在重構相空間下艦船噪聲的RPT特征，從非線性角度揭示信號的自相似特性。

　　2.1 RPT特征的計算

　　相似序列的計算基于相空間重構的思路，計算的具體過程如下[9]：

　　s(n)為時間域序列，n=1，2，3，...，N;d為重構的空間維數量;T為延時量。則Yi=(s(i)，s(i+T)，s(i+2T)，...，s(i+(d-1)T))為重構空間中的某一點，重構空間的點集合形成長度為N-(d-1)T，d維的相空間。

　　在d維相空間重構中，依次排列相空間點，形成序列Rj做為參考，計算與Yi的Ccoef(Rj，Yi)，如果超出門限H，C(j)加1，將C(j)與N-(d-1)T比值排序后記為RPT特征RRPT(i)。

　　3 艦船噪聲RPT特征及其傳播特性仿真

　　提出A，B兩型艦船的實錄噪聲，數據量為N=1000，參考文獻[9]中的做法，設定延時T=13，d=50，TH=0.7。

　　(1)對長度相同的實錄噪聲信號和高斯白噪聲計算RPT特征。

　　由圖3可知，RPT值高于白噪聲、低于確定信號，可以認為，艦船噪聲信號具備確定性和隨機性雙向特征。

　　采用1.2節中仿真的信道函數，計算不同傳播距離、不同接收深度下接收信號的RPT特征。

　　(2)聲速梯度為(1530～1490m/s)的負梯度，接收器深度20m。傳播距離為500m、1km、3km、5km、8km、11km、14km、16km、18km、20km。 　　(3)聲速梯度為(1530～1490m/s)的負梯度，傳播距離3km。接收器深度為5m、15m、20m、30m、40m、60m、80m、100m、130m、150m。

　　從圖4到至圖7可以看出，噪聲在信道傳播過程中，其非線性的相似序列重復度保持了較好的穩定性，且不同艦船輻射噪聲的相似序列重復度具有一定的相似性又始終保持可區分性，這對于目標識別研究克服海洋信道的影響是很有益處的。

　　4 結束語

　　本文基于射線理論，利用MATLAB仿真得到了多途信道的相關參數，并借鑒序列重復的的基本理論，在變化水平距離和變化垂直深度的信道中計算對比了艦船噪聲RPT特征的傳播特性。

　　研究表明：不同距離、深度變化的信道對艦船噪聲的相似序列重復度的影響較小，即相似序列重復度這一非線性特征隨著噪聲在海洋信道中的傳播保持了較好的穩定性，因而可以預見，基于非線性動力學理論提取的非線性特征對于遠距離探測和目標分類識別研究克服海洋信道的影響頗具應用價值。

　　【參考文獻】

　　[1]余秋星，李志舜.艦船輻射噪聲的特征提取[J].魚雷技術，2002，10(2)：10-12.

　　[2]張福生.被動目標特征提取研究[D].哈爾濱工程大學，2008.

　　[3]惠俊英，生雪莉.水下聲信道[M].北京.國防工業出版社，2006.

　　[4]趙春梅，宋俊，等.包絡譜傳播特性仿真研究[J].聲學技術，2008，27(5)：132-133.

　　[5]趙春梅，吳國清，等.噪聲掩蓋下包絡譜傳播特性仿真研究[J].聲學技術，2008，27(5)：212-217.

　　[6]歐曉麗.水聲信道建模及其仿真平臺的實現[D].廈門大學，2007.

　　[7]張仁和.水下聲信道中反轉點匯聚區(Ⅱ)廣義射線理論[J].聲學學報，1982，13(2)：140-146.

　　[8]范敏毅.水下聲信道的仿真與應用研究[D].哈爾濱工程大學，2000.

　　[9]陳向東，高翔，等.基于相似序列重復度的艦船輻射噪聲時域特性的研究[J]. 東南大學學報，1998，28(6)：17-23.

　　工程師論文發表期刊推薦《西安電子科技大學學報》創刊于1955年，原名《軍事通信學報》，1974年復刊，改名《西北電訊工程學院學報》(季刊)，1988年改為《西安電子科技大學學報》(季刊)，1998年改為大開本雙月刊。