Rhythm-aware adaptive spectro-temporal enhancement for underwater acoustic target recognition

可解释性 判别式 过度拟合 光谱图 计算机科学 人工智能 噪音(视频) 模式识别(心理学) 滤波器(信号处理) 理论(学习稳定性) 信号(编程语言) 一般化 特征(语言学) 特征选择 忠诚 灵活性(工程) 水下 语音识别 自适应滤波器 背景噪声 生物声学 频道(广播) 特征提取 信号处理 卷积神经网络 机器学习 管道(软件) 先验概率 自编码 水声学 噪声测量 特征学习 包络线(雷达) 嵌入 白噪声 环境噪声 分割 人工神经网络 足迹 线性化
作者
Zhengkun Liu,Jiawei Ren,Xu Ji,Fusheng Sui,Yonghong Yan
出处
期刊:Journal of the Acoustical Society of America [Acoustical Society of America]
卷期号:160 (2): 1182-1198
标识
DOI:10.1121/10.0044109
摘要

Passive acoustic target recognition is often constrained by the complex interplay of variable underwater propagation channels and nonstationary target states. While data-driven deep learning models offer exceptional flexibility in feature learning, they are frequently susceptible to overfitting environmental noise and site-specific cues, which undermines their generalization in fluctuating marine conditions. Conversely, methods grounded in physical attributes exhibit superior intrinsic stability across diverse environments but typically lack the comprehensive signal perception and discriminative richness required for sophisticated classification. To bridge this gap, we propose rhythm-aware adaptive spectro-temporal enhancement (RASTE), prioritizing physical interpretability and robustness. Unlike traditional detection of envelope modulation on noise methods that require manual bandpass filter selection and assume signal stationarity, RASTE adaptively extracts rhythmic signatures and maintains efficacy, even under non-stationary conditions, such as pulsed interference. These features are applied as a soft mask to spectrograms to integrate physical priors while preserving the integrity of discriminative features. Experiments on open-source datasets indicate that RASTE serves as a robust and interpretable alternative to baselines. By navigating the performance-interpretability trade-off, RASTE achieves competitive results, particularly in scenarios characterized by pronounced rhythmic structures.
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