基于灰色关联分析的舰船目标分类识别

基于灰色关联分析的舰船目标分类识别 Vo l. 31 , No. 10 第 31卷第 10 期舰 船 科 学 技 术 2009 年 10 月SH IP SC IENCE AND TECHNOLO GY O c t. , 2009 基于灰色关联分析的舰船目标分类识别 赵艳玲 , 门丽洁 , 于 ()大连测控技术研究所 ,辽宁 大连 116013 对舰船目标辐射噪声进行分析 ,提取其特征组成特征向量 ,基于灰色系统理论中的灰色关联分析方 摘 要 : 法 ,以灰色关联度为基本依据 ,能够明显区分不同类型和不同航速的舰船目标 。 关键词 : 舰船辐射噪声特征 ; 灰色关联度 ; 目标分类 TN 911 A 中图分类号 :文献标识码 : ( ) DO I: 1013404 / j1 issn11672 - 7649120091101010 文章编号 :1672 - 7649 2009 10 - 0036 - 03 C la ss if ica t ion of sh ip ba sed on grey conn ec t ion ana ly s is ZHAO Yan2ling, M EN L i2jie, YU Feng ()D a lian Sc ien tific Te st and Con tro l Techno logy In stitu te, D a lian 116013 , Ch ina A b stra c t: Sh ip no ise is p roce ssed, from wh ich the signa tu re s a re extrac ted. The se s signa tu re s m ake up of e igenvec to rs. B a sed on grey connec tion ana lysis of grey system theo ry, sh ip s of d iffe ren t typ e and unde r d iffe ren t sp eed can be c la ssified acco rd ing a s grey re levan t. Key word s: signa tu re of sh ip no ise; grey re levan t; c la ssifica tion 完整的 ,舰船目标具有典型的灰色系统特征。 0 引 言 1 建立特征向量 灰色系统理论目前已经广泛应用于决策、推理、 [ 1 - 2 ] 预测等领域之中。灰色系统是指系统信息部分明确、 。舰船目标辐射噪声由线谱和连续谱组成 部分不明确的系统 ,是信息残缺的系统 。灰色系统理 线谱多分布在低频 ,线谱的频率和幅值与舰船类型有论中的灰色关联分析是研究系统中多个因素之间相 关 ,线谱是目前识别舰船类型的主要特征。舰船辐射 互作用、相互关联的一种统计方法 ,是各因素发展态 噪声的连续谱有一峰值 , 其谱峰频率与舰船类型有 势的量化比较。当系统内存在复杂的相互影响 ,在其 关 ,低于谱峰频率上限的频率成分占有辐射噪声的绝 效果、结构、整体性能 、优劣度、权重等方面所吸收与 采用的信息不明确、不完整时 ,它是一种有力的定量 大部分能量。舰船通过特性反映了声压级沿船体的 分析工具 。 分布 。因此 ,本文提取舰船辐射噪声信号中的线谱 、关联度判断方法是灰色关联分析的重要方法。 连续谱和总声级通过特性特征 ,并利用这些特征对舰所谓关联度判断方法 ,是一种按照待检系统的各特征 船目标进行分类 。向量所构成的几何形状 、发展趋势接近的程度来度量 待检系统之间相关程度的方法 ,从而在故障诊断中可 2 数据标准化处理以根据未知故障与已知故障的关联度的大小来判断 设备、系统更接近于哪一种运行状态。 数据标准化处理主要包括数据同趋化处理和无 舰船辐射噪声信号源众多 , 加之海洋信道的影 量纲化处理 2个方面。 数据同趋化处理主要解决不同性质数据问题 ,对 响 ,因此获得的舰船目标辐射噪声是部分明确的、不 不同性质指标直接加总不能正确反映不同作用源的 综合结果 ,须先考虑改变逆向指标的数据性质 ,使所 收稿日期 : 2009 - 08 - 17 ( ) 作者简介 : 赵艳玲 1981 - ,女 ,硕士 ,主要从事水声信号处理方面的技术研究 。 n 1 无量纲化处理主要解决了数据的可比性问题。( )) λ ε( ( ) =k , i = 1, 2, , m 。 4 i i ?无量纲化也叫数据的归一化 、规范化 ,它是通过简单 n k = 1 的 数学 数学高考答题卡模板高考数学答题卡模板三年级数学混合运算测试卷数学作业设计案例新人教版八年级上数学教学计划 函数变换来消除各指标量纲影响的方法。目 4 海试数据处理标的特征向量是由一系列性质不同 、取值范围不同的 特征指标组成的 ,所以在各指标之间存在着数值上的 411 不同目标的分类 很大差别 ,因此在基于这些特征量的异常判断中必须 海试测量获得目标 A 和目标 B 的辐射噪声信 考虑这些因素。如果特征向量中某个指标值太小 ,那 号。对数据进行无量纲化处理后 ,对目标 A 和目标 B 么这个指标基本不起作用 ;反之 ,若某个指标值太大 , 在相同工况下的辐射噪声样本分别进行统计分析后 那么在判定过程中基本上只有这个指标起作用 ,其他 指标随其数值、量纲的大小只略起作用 。为了防止信 得到目标 A 和目标 B 的统计特征 ,用于分类的特征 息丢失 ,有必要对指标进行无量纲化处理 。 见表 1。 3 灰色关联分析法 311 灰色关联系数 舰船目标的待检特征向量为 : ( ) ( )( X= { xk } , ) k = 1, 2, 1 , n , 0 0 其中 , k 为向量的维数。 标准特征向量序列为 : ( ( )) ( ) k = 1, 2, 2 , n 。X= { xk } , i i 关联性实质上是曲线间几何形状的差别 ,因此将 以曲线间差值的大小作为关联程度的衡量尺度 , 则 [ 3 - 4 ] X对于 X在第 k点的关联系数 为 : i 0 ε( ) k = i ( ) ( )( ) ( )α m in m in xk- x k xk- x k +×max maxi i i k i k , α ( )( ) ( )+×max max( )- x k xk- x k xk i i i k 分别计算几组待检样本与目标 A 和目标 B 的关( ) 3 k = 1, 2, , n。联系数及关联度 ,结果见表 2 所示 。其中已知待检样 αα ( ) ( )( ) 其中 : 为分辨系数 , ? 0, 1 ;xk - x k i 本 为目标 。 A 3 B ( ) ( )为隶属度函数; m in m in为待检样本xk - x k i i k 与 2 个标准样本在第 k 个参数处隶属度的最小值 ; ( ) ( ) m ax m ax xk - x k为待检样本与 2个标准样本 i i k 在第 k个参数处隶属度的最大值。后二者也是系统的 α比较环境。引入 是为了减小极值对计算的影响 ,进 α而提高分辨率。关联度的分辨率与分辨系数 的取值 εα 大小有关。的取值范围与 取值的关系式为 : 由表 2 可以看出 , 待检样本 A 1 和 A 2 与目标 Ai α 的关联度要远大于与目标 B 的关联度。ε? 。 i , 1 α 1 + 412 同一目标不同航速的分类 α ε例如 ,若 = 1, 则 015 ??1, 这时取值范围小 ,分 i 海试中获得的同一目标 C 在不同航速下的辐射 α ε辨率低 ;若 = 011 ,则 0109 ?? 1, 这时取值范围 i 噪声 ,分别提取目标 C 在不同航速下的总声级通过 大 ,分辨率较高 ,这样就发挥了调节比较环境强弱的 特性特征 ,进行统计分析后的结果如表 3 所示 ,其中 α 作用。一般取 = 015。 总声级是指当舰船目标从水听器正上方通过时获得 31 卷舰 船 科学 技 术第 ?38? 的。已知待检样本 C1的航速为航速 1。,方法能够很好地区分不同的舰船目标。研究过程中 待检样本与不同航速的样本间的灰色关联度及 当总声级通过特性中提取的特征较少时 ,不能很好地 最后计算得到的对数似然比如表 4所示。 区分在不同航速下的目标。研究过程在假设样本的 从表 4中可以看出 ,待检样本的航速更接近航速 1。目标样本的密度函数分布服从正态分布条件下 ,采用 序列检测法确定分类门限 ,取得了一定的分类效果。 进一步的研究则需要更多的样本来确定目标样 本 的密度函数分布 ,提取更典型的特征 ,并进一步合 理地分配各关联系数的权值 ,灰色关联分析方法将会 取得更好的分类效果。 参考文献 : [ 1 ] 王之程 ,陈宗岐. 舰船噪声测量与分析 [M ]. 北京 : 国防 工业出版社 , 2004. U rick R. P rinc ip le s of U nde rwa te r Sound [M ]. N ew Yo rk: [ 2 ] M egraw2H ill Book Co. , 1983. 邓聚龙. 灰色系统基本方法 [M ]. 武汉 :华中理工大出版 [ 3 ] 社 , 1987. 王清印 ,崔援氏 ,赵秀恒 ,王义闹. 预测与决策的不确定 5 结 语[ 4 ] 性数学模型 [M ]. 北京 :冶金工业出版社 , 2001. 对实际数据进行处理 ,结果表明 ,灰色关联分析 () 上接第 13 页 感器一般坐沉海底 ,因此海床对测量结果的影响不能 3 结 语忽略 。对实测数据进行处理时 ,必须考虑海洋环境电 本文基于某船实船电场直流电偶极子模型和时 导率参数 ,采用空气 —海水 —海床 3层模型研究舰船 谐电流元模型研究了海洋环境电导率对舰船稳恒电 电场分布。 场和轴频电场特性的影响 ,得到以下结论 : 参考文献 : ) 1 舰船电场随着海水电导率增大而减小 , 低电 [ 1 ] J effe ry I, B rook ing B. A su rvey of new e lec trom agne tic 导率海水的电场幅度要明显高于高电导率海水。由 stea lth techno logie s[M ]. W R D avis Engine rring L td, 1998. 于海水电导率不同 ,同 1艘舰船在不同海域的水下电吕俊军. 关于水下电磁场特性研究的思考 [ J ]. 声学与 [ 2 ] () 电子工程 , 2008 , 增刊 : 51 - 53. 场分布差异超过 50 % 。 刘胜道 ,等. 舰船电场的国内外研究概况 [ A ]. 水中目 ) 2海水 —海床电导率界面对舰船电场分布具有 [ 3 ] 标特性研究学术论文集 [ C ]. 2002, 212 - 217. 一定的影响 。高阻海床对电流具有排斥作用 ,导致深 Inan A S. P rop aga tion of e lec trom agne tic fie ld s a long the [ 4 ] 海环境下舰船电场水平分量要小于浅海环境下电场 sea / seabed in te rface [ R ]. AD 2A149523, 1984. 水平分量 ,垂直分量则大于浅海环境下垂直分量 ,并 卢新城 ,等. 海水中海床对时谐电流元产生的电场分布 [ 5 ] 且水平分量幅度随着海床电导率的增大而减小 ,垂直 ( ) 的影响 [ J ]. 声学技术 , 2004 , 23 S: 117 - 120. 刘胜道 ,等. 舰船水下静电场的电偶极子模型 [ A ]. 水 分量幅度随海床电导率的增大而增大。 [ 6 ] 中目标特性研究学术论文集 [ C ]. 2002 , 232 - 241. ) 3 由于舰船电场测量通常在浅海进行 ,而且传