使用深度学习进行海岸线监视的水下声学数据分类方法的综述（翻译版）
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2022-08-01
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使用深度学习进行海岸线监视的水下声学数据分类方法的
综述
摘 要：本 文 全面概述了 当 前 用 于 海 岸 线 监 视 的 水 下 声 纳 数 据 自 动 对 象 分
类 的 深 度 学 习 方 法 ，主 要 集 中 在 从 被 动 声 纳 数 据 中 对 船 只 进 行 分 类 和 从
主 动 声 纳 中 识 别 感 兴 趣 的 对 象（例 如 类 似 地 雷 的 物 体 、人物 或 失 事 船 只
的 残 骸 ）。 这 项 工 作 的 贡 献 不 仅 在 于 提 供 对 该 领 域 最 新 技 术 的 系 统 描 述 ，
而 且 还 确 定 了 其 当 前 发 展 中 的 五 个 主 要 成 分：仅使 用 卷 积 层 的 深 度 学 习
方 法 的 应 用；应用 受 生 物 启 发 的 特 征 提 取 过 滤 器 作 为 预 处 理 步 骤 的 深 度
学 习 方 法；根据 频 率 和 时 频 分 析 对 数 据 进 行 分 类；使 用 机 器 学 习 从 原 始
信 号 中 提 取 特 征 的 方 法；和 迁 移 学 习 方 法 。 本 文 还 描 述 了 文 献 中 引 用 的
一 些 最 重 要 的 数 据 集 ，并 讨 论 了 数 据 增 强 技 术 。后 者 用 于 应 对 来 自 实 际
海 事 任 务 的 注 释 声 纳 数 据 集 的 稀 缺 性 。
关 键 词 ： 深 度 卷 积 神 经 网 络 ； 水 下 声 学 ； 对 象 的 分 类
1. 简介
为 水 下 传 感 器 数 据 ， 特 别 是 声 音 导 航 和 测 距 （ 声 纳 ） 数 据 开 发 准
确 的 自 动 对 象 分 类 方 法 的 重 要 性 与 依 赖 于 它 们 的 各 种 潜 在 应 用 直 接 相
关 。 海 洋 分 类 任 务 的 示 例 包 括 检 查 近 海 工 业 的 水 下 结 构 [1,2]、 识 别 水
下 考 古 遗 迹 [3]、 监 视 海 岸 线 [4]、 对 海 洋 生 物 的 行 为 进 行 计 数 和 分 类
以 进 行 生 物 学 研 究 [5] 和 船 只 的 鉴 定 [6] 举几 个 例 子 。海 中 的 声 学 信 号
还 意 味 着 环 境 污 染 会 影 响 海 洋 生 物 [7-9] 和 船 舶 靠 近 港 口 区 域 的 人 类
[10-12]。然 而 ，本 文 只 关 注 声 纳 数 据 中 的 目 标 检 测 和 分 类 。传 统 上 ，人
类 声 纳 操 作 员 主 要 负 责 这 项 任 务 。在 计 算 机 分 析 方 面 ，该领 域 的 早 期 工
作 主 要 包 括 时 频 分 析 ， 例 如 对 时 间 数 据 段 使 用 傅 里 叶 变 换 [13]。 相 比
之 下 ， 最 近 的 工 作 是 基 于 应 用 深 度 学 习 方 法 以 自 动 方 式 完 成 这 项 任 务
[14-16]。由 于 近 年 来 该 领 域 的 快 速 发 展 ，系 统 回 顾 应 用 于 水 声 数 据 分 类
的 深 度 学 习 方 法 是 一 项 及 时 且 相 关 的 任 务 。
本 文 介 绍 了 当 前 使 用 水 下 声 纳 数 据 对 沿 海 水 域 进 行 自 动 物 体 分 类
的 深 度 学 习 方 法 的 最 新 文 献 综 述 。因 此 ，本 文 将 主 要（ 但 不 仅 限 于 ）从
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