《電子技術(shù)應(yīng)用》
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结合批规范化层的深度学习模型在水中目标识别中的应用
网络安全与数据治理
孙悦,彭圆,贾连徽,曹琳,郭欣雨,徐剑秋
水下测控技术重点实验室
摘要: 针对深度学习模型在训练水声样本数据时会出现稳定性差进而导致分类识别效果不佳的问题,从网络的局部连接、空间位置排列以及模型设计的角度出发,研究在原有一维序列卷积核与一维序列池化的基础上,引入批规范化层,构建了深度学习网络模型。通过归一化处理,达到加速网络模型的收敛过程以及提高训练过程中的稳定性的目的。最终为验证该模型的有效性,对3类水声目标样本数据进行网络训练和模型验证,证明该模型对水声目标数据分类识别有一定程度的性能提升。
中圖分類號:TP183;TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ADOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2024.04.007
引用格式:孫悅,彭圓,賈連徽,等.結(jié)合批規(guī)范化層的深度學(xué)習(xí)模型在水中目標(biāo)識(shí)別中的應(yīng)用[J].網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)治理,2024,43(4):41-45,52.
Application of deep learning model combined with batch normalization layer in underwater target recognition
Sun Yue,Peng Yuan,Jia Lianhui,Cao Lin,Guo Xinyu,Xu Jianqiu
Science and Technology on Underwater Test and Control Laboratory
Abstract: In view of the poor stability of deep learning in training underwater acoustic targets, resulting in poor classification and recognition performance, from the perspectives of local connectivity, spatial arrangement, and model design of the network, based on the original one-dimensional sequence convolution kernel and one-dimensional sequence pooling, this paper introduces batch normalization layer to build a deep learning network model. By normalizing, the goals of accelerating the convergence process of the network model and improving the stability during the training process are achieved. To verify the effectiveness of the model, network training and model validation are carried out on sample data of three types of underwater acoustic targets, which proves that the model also has a certain degree of performance improvement in improving the classification and recognition performance of underwater acoustic target data.
Key words : underwater acoustic target; deep learning; classification; network model

引言

傳統(tǒng)識(shí)別方式是針對確定性的數(shù)據(jù),目標(biāo)樣本確定,目標(biāo)類型確定,應(yīng)用已有的水聲特征提取方法,對確定性的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取,最終實(shí)現(xiàn)分類識(shí)別[1]。然而,由于數(shù)據(jù)值有誤或缺失以及各個(gè)傳感器的影響造成水聲數(shù)據(jù)的不確定性,影響了對水下目標(biāo)的分類識(shí)別準(zhǔn)確率。再加上當(dāng)前具備可分辨性的物理特征數(shù)量稀少,受當(dāng)前信號處理機(jī)制性能瓶頸限制,多目標(biāo)強(qiáng)干擾、低信噪比等條件下的目標(biāo)特征提取與識(shí)別能力尚無法滿足需求[2]。智能識(shí)別的出現(xiàn)革新了特征提取的模式,小樣本學(xué)習(xí)、遷移學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)的迅猛發(fā)展,為智能水聲目標(biāo)識(shí)別提供了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)[3]。深度學(xué)習(xí)是機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域中的一種研究方法,它通過構(gòu)建具有多個(gè)層次結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來模擬人類大腦的功能和思維過程。近年來,隨著計(jì)算機(jī)硬件性能的提升和大數(shù)據(jù)的普及,深度學(xué)習(xí)已經(jīng)取得了眾多重要的研究和應(yīng)用成果,成為人工智能領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。深度學(xué)習(xí)作為人工智能領(lǐng)域的一個(gè)子集被廣泛地應(yīng)用于水聲目標(biāo)識(shí)別領(lǐng)域。本文從網(wǎng)絡(luò)的局部連接、空間位置排列以及模型的設(shè)計(jì)角度出發(fā),采用序列卷積與批規(guī)范化層的方式構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)模型,通過對比實(shí)驗(yàn)得出添加了批規(guī)范化層的網(wǎng)絡(luò)模型收斂速度更快、分類識(shí)別效果也更好。


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作者信息:

孫悅,彭圓,賈連徽,曹琳,郭欣雨,徐劍秋

(水下測控技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧大連116013)


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