面向水下无人平台的单波束声呐小目标识别算法OA
Single-Beam Sonar Small Target Recognition Algorithm for Underwater Unmanned Platform
针对水下无人平台载荷能力有限、声呐数据样本稀缺导致小目标识别困难的问题,提出一种适配小样本条件下的单波束声呐信号目标识别算法.该算法基于主动声呐目标单波束回波信号,提取波形时域和频域多维特征,通过相关性分析与主成分分析降维完成有效特征选择,并结合随机森林分类器,实现了小样本训练集下的目标高精度识别.水池实验数据测试结果表明,相较多种基于多波束声呐图像联合深度学习的方法,文中算法在更小的训练集下,精确率达 99.42%、召回率 99.39%、F1 值 99.39%、准确率 99.39%.文中方法具有计算量小、运行速度快、可解释性强等优势,更适合在算力与存储资源受限的水下无人平台上部署,为水下无人平台在资源受限条件下小目标识别提供了一种高效可行的方案.
Aiming at the difficulty of small target recognition caused by the limited payload capacity of underwater unmanned platforms and the scarcity of sonar data samples,this paper proposed a single-beam sonar signal target recognition algorithm adapted to the few-shot condition.Based on the single-beam echo signal of active sonar targets,this algorithm extracted multi-dimensional time-domain and frequency-domain features of the waveform,performed effective feature selection through correlation analysis and principal component analysis for dimensionality reduction,and combined these with a random forest classifier to achieve high-precision target recognition under few-shot training sets.Test results on water tank experimental data show that compared with various methods combining multi-beam sonar images with deep learning,the proposed algorithm achieves 99.42%precision,99.39%recall,99.39%F1-score,and 99.39%accuracy with a smaller training set.The proposed method has the advantages of low computational cost,fast running speed,and strong interpretability,making it more suitable for deployment on underwater unmanned platforms with limited computing and storage resources.It provides an efficient and feasible scheme for small target recognition by underwater unmanned platforms under resource-constrained conditions.
徐琳彭;马靖雯;曲国瑞;杜伟东;周天;于晓阳
哈尔滨工程大学 水声技术全国重点实验室,黑龙江 哈尔滨,150001||工业和信息化部 海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学),黑龙江 哈尔滨,150001||哈尔滨工程大学 水声工程学院,黑龙江 哈尔滨,150001哈尔滨工程大学 水声技术全国重点实验室,黑龙江 哈尔滨,150001||工业和信息化部 海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学),黑龙江 哈尔滨,150001||哈尔滨工程大学 水声工程学院,黑龙江 哈尔滨,150001哈尔滨工程大学 水声技术全国重点实验室,黑龙江 哈尔滨,150001||工业和信息化部 海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学),黑龙江 哈尔滨,150001||哈尔滨工程大学 水声工程学院,黑龙江 哈尔滨,150001哈尔滨工程大学 水声技术全国重点实验室,黑龙江 哈尔滨,150001||工业和信息化部 海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学),黑龙江 哈尔滨,150001||哈尔滨工程大学 水声工程学院,黑龙江 哈尔滨,150001哈尔滨工程大学 水声技术全国重点实验室,黑龙江 哈尔滨,150001||工业和信息化部 海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学),黑龙江 哈尔滨,150001||哈尔滨工程大学 水声工程学院,黑龙江 哈尔滨,150001哈尔滨工程大学 水声技术全国重点实验室,黑龙江 哈尔滨,150001||工业和信息化部 海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学),黑龙江 哈尔滨,150001||哈尔滨工程大学 水声工程学院,黑龙江 哈尔滨,150001
军事科技
声呐信号处理小目标识别特征选择随机森林深度学习小样本
sonar signal processingsmall target recognitionfeature selectionrandom forestdeep learningfew-shot
《水下无人系统学报》 2026 (3)
534-541,548,9
国家重点研发计划项目(2024YFB3212900)国家自然科学基金项目(42306212,U2441254).
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