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中国声学学会水声学分会2021～2022年学术会议

作者：王晨卉陶毅许肖梅厦门大学海洋与地球学院水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室

利用简正波模型,仿真研究了浅海均匀分布于全水深的垂直线阵列声源的传播损失场。结合珠海桂山风电场运营期水下噪声的实测数据,在100～500Hz范围内对比分析了点声源模型和线列阵声源模型传播损失场的误差。仿真结果表明:随着阵元数量... 详细信息

利用简正波模型,仿真研究了浅海均匀分布于全水深的垂直线阵列声源的传播损失场。结合珠海桂山风电场运营期水下噪声的实测数据,在100～500Hz范围内对比分析了点声源模型和线列阵声源模型传播损失场的误差。仿真结果表明:随着阵元数量的增加,线列阵的声传播损失波动变小,幅度有所下降。对于频率为500Hz的声源,在阵元数量达到7后,继续增加阵元数量造成的改变已经很小。在较低频率的100 Hz时两种声源模型仿真得到的误差值相同,在200Hz以上,线阵列仿真结果的平均绝对误差和均方根误差均要小于点声源模型。

关键词：海上风电场垂直线列阵水下噪声

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鱼类目标的密度估计模型

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哈尔滨工程大学学报 2020年第10期41卷 1545-1552页

作者：汪梦婷袁飞程恩水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室(厦门大学) 福建厦门361005 山东省计算机网络重点实验室山东济南250014

为解决现有鱼类计数方法适用范围有限的问题,本文提出一种基于深度学习的密度图估计方法。依据人群密度估计方法,创建了鱼群密度估计数据集,并针对人群密度估计网络中使用空洞卷积产生的“网格效应”,提出将空洞卷积替换为混合空洞卷积... 详细信息

为解决现有鱼类计数方法适用范围有限的问题,本文提出一种基于深度学习的密度图估计方法。依据人群密度估计方法,创建了鱼群密度估计数据集,并针对人群密度估计网络中使用空洞卷积产生的“网格效应”,提出将空洞卷积替换为混合空洞卷积,建立了端到端的鱼群密度估计网络。分别在鱼类密度估计数据集和人群密度估计数据集ShanghaiTech上验证了密度估计网络的估计结果。实验结果表明:在鱼群密度估计数据集上,和其他密度估计网络相比,鱼群密度估计网络在MAE、MSE、PSNR、SSIM的评价中均取得最优评价;在人群密度估计数据集ShanghaiTech上,鱼群密度估计网络的密度估计结果在MAE、MSE、PSNR、SSIM的评价中均取得最优或次优结果。

关键词：深度学习数量统计密度分布卷积神经网络特征提取图像去噪高斯滤波渔业

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人工智能技术在水声通信中的研究进展

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哈尔滨工程大学学报 2020年第10期41卷 1536-1544页

作者：陈友淦许肖梅厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室福建厦门361005 厦门大学海洋与地球学院福建厦门361102 厦门大学深圳研究院广东深圳518000

海洋环境大动态变化特性导致水声信道复杂的时-空-频变,传统水声通信技术难以有效地与之自适应匹配。目前仍无法研制出一种能在各类海洋环境下均满足水声业务指标的水声通信机,更难以在全天候条件下实现大规模、稳健可靠的水声通信组网... 详细信息

海洋环境大动态变化特性导致水声信道复杂的时-空-频变,传统水声通信技术难以有效地与之自适应匹配。目前仍无法研制出一种能在各类海洋环境下均满足水声业务指标的水声通信机,更难以在全天候条件下实现大规模、稳健可靠的水声通信组网应用。近年来,人工智能和大数据的迅速发展,为突破传统水声通信技术瓶颈、建设海洋物联网带来新思路。本文对国内外利用人工智能技术解决水声通信难题的研究状况进行了概述,结合水声信道特性梳理了水声通信领域应用人工智能技术的主要思路,围绕人工智能技术从水声通信物理层和网络层两方面进行归纳,最后对未来的人工智能与水声通信交叉研究进行总结展望。

关键词：水声声通信水声通信人工智能水下通信机器学习深度学习海洋物联网

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齿鲸生物声呐发射特性与波束调控研究

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物理学报 2020年第15期69卷 169-180页

作者：宋忠长张宇魏翀杨武夷徐晓辉厦门大学海洋与地球学院水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室厦门361005 Centre for Marine Science and Technology Curtin UniversityGPO Box U1987Perth WA 6845Australia

齿鲸生物经过长期自然选择,进化出小巧、灵敏、高效的声呐系统.齿鲸生物声呐研究涉及海洋物理、声学、生物学、仿生学和信息学等学科,对于生物仿生、水声声呐、信号处理、水下探测与通信等领域具有参考价值.本文从声呐系统解剖结构、声... 详细信息

齿鲸生物经过长期自然选择,进化出小巧、灵敏、高效的声呐系统.齿鲸生物声呐研究涉及海洋物理、声学、生物学、仿生学和信息学等学科,对于生物仿生、水声声呐、信号处理、水下探测与通信等领域具有参考价值.本文从声呐系统解剖结构、声呐信号与声呐波束调控三方面出发介绍齿鲸声呐发射系统.首先,介绍如何利用计算机断层扫描成像与超声测量技术重建齿鲸声呐发射系统的高精度三维结构,获取其声速、密度分布,为声呐系统的功能研究建立基础.随后,探究声呐系统发出的声信号的特性,研究声信号与生物行为之间的联系.最后,参考齿鲸生物声呐解剖结构与声呐信号特性建立数值模型研究声发射系统的气质结构、软组织结构和骨质结构组成的声学多相介质对声波传播的控制作用.齿鲸生物能利用其声呐信号的多样性与声呐发射系统结构的复杂特性动态调整声波传播与波束形成.探究齿鲸生物声呐工作原理能加深对生物多相介质中的声传播过程的理解,有望为水下仿生声探测与感知技术的发展提供新思路.

关键词：齿鲸回声定位生物声呐发声物理机理

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一种针对小多普勒扩展水声信道的OFDM接收算法

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数字海洋与水下攻防 2022年第5期5卷 407-413页

作者：诸哲楠万磊徐锋水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室(厦门大学) 厦门大学信息学院信息与通信工程系武汉第二船舶设计研究所

在水声正交频分复用（OFDM）通信系统中，水声信道中的多径时延扩展会带来频域选择性衰落，多普勒效应会带来子载波间干扰（ICI）。传统接收算法需要开展复杂的二维（时延/多普勒）信道估计，再进行复杂的信道均衡和符号检测。针对有限... 详细信息

在水声正交频分复用（OFDM）通信系统中，水声信道中的多径时延扩展会带来频域选择性衰落，多普勒效应会带来子载波间干扰（ICI）。传统接收算法需要开展复杂的二维（时延/多普勒）信道估计，再进行复杂的信道均衡和符号检测。针对有限多普勒扩展的信道条件下多普勒矩阵元素变化缓慢、ICI干扰范围有限的特点，借鉴多项式拟合思想，提出了一种创新的接收算法。该算法将多普勒矩阵元素近似为多项式函数，迭代进行多项式拟合和数据符号频域均衡。和传统方法相比，该算法无需进行信道多普勒估计，仅需信道的一维（时延）估计即可实现较好的性能。利用Bellhop产生的水声信道仿真结果验证了该算法的可行性。

关键词：水声通信正交频分复用多项式拟合频域均衡

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面向长时水声通信数据采集与评估的浮标设计与实现

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数字海洋与水下攻防 2022年第4期5卷 279-284页

作者：杨逍宇马伯乐周跃海陈东升童峰厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室厦门大学海洋与地球学院中国人民解放军91937部队

复杂海洋环境导致水声信道呈现随机时-空-频变特性，特别是浅海信道受界面、人为干扰的严重影响，对水声通信造成极大困难。近年来人工智能领域机器学习等技术飞速发展，为提高复杂环境下水声通信可靠性提供了新思路。但是，由于水声信... 详细信息

复杂海洋环境导致水声信道呈现随机时-空-频变特性，特别是浅海信道受界面、人为干扰的严重影响，对水声通信造成极大困难。近年来人工智能领域机器学习等技术飞速发展，为提高复杂环境下水声通信可靠性提供了新思路。但是，由于水声信道复杂多变、缺乏普适模型，从机器学习角度而言水声通信数据样本严重不足，传统单次、短时水声通信实验采集的数据无法充分表征水声信道空间、时间特性。通过长期部署水声通信及信号采集设备，可望在一定程度上丰富通信数据，为典型海域下人工智能水声通信研究提供数据支持。设计并实现了一种浅海水声通信浮标，搭载水声通信系统可实现长时浅海水声通信数据采集、性能评估，同时依托北斗系统具备远程状态显示、功能控制功能。厦门港海域实验表明，依托浮标采集的长时水声通信数据可开展水声通信性能评估、信道特性与通信性能关联度分析，为下一步工作打下了良好的基础。

关键词：水声通信浮标浅海环境人工智能

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面向多说话人分离的深度学习麦克风阵列语音增强

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电子技术应用 2022年第5期48卷 31-36页

作者：张家扬童峰陈东升黄惠祥厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室福建厦门361005 厦门大学海洋与地球学院福建厦门361005 厦门大学深圳研究院广东深圳518000

随着近年来人机语音交互场景不断增加,利用麦克风阵列语音增强提高语音质量成为研究热点之一。与环境噪声不同,多说话人分离场景下干扰说话人语音与目标说话人同为语音信号,呈现类似的时、频特性,对传统麦克风阵列语音增强技术提出更高... 详细信息

随着近年来人机语音交互场景不断增加,利用麦克风阵列语音增强提高语音质量成为研究热点之一。与环境噪声不同,多说话人分离场景下干扰说话人语音与目标说话人同为语音信号,呈现类似的时、频特性,对传统麦克风阵列语音增强技术提出更高的挑战。针对多说话人分离场景,基于深度学习网络构建麦阵空间响应代价函数并进行优化,通过深度学习模型训练设计麦克风阵列期望空间传输特性,从而通过改善波束指向性能提高分离效果。仿真和实验结果表明,该方法有效提高了多说话人分离性能。

关键词：深度学习麦克风阵列波束形成 LSTM

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高频声学流速层析研究

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中国科学：物理学、力学、天文学 2021年第2期51卷 101-107页

作者：俞晓牮林松庄小冰郭宜君李焱龙闽南师范大学生物科学与技术学院漳州363000 厦门大学海洋与地球学院水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室厦门361005 厦门大学建筑系厦门361005

海陆界面是人类海洋开发活动最为集中的区域,流速在线监测对于其物质通量和生态系统演变极其重要.本文研究了小尺度海陆界面的高频声学流量层析,基于声互易传输原理构建河流平均流速和流量的声学反演算法,并在漳州九龙江海陆界面开展验... 详细信息

海陆界面是人类海洋开发活动最为集中的区域,流速在线监测对于其物质通量和生态系统演变极其重要.本文研究了小尺度海陆界面的高频声学流量层析,基于声互易传输原理构建河流平均流速和流量的声学反演算法,并在漳州九龙江海陆界面开展验证实验.应用高频换能器(中心频率为60 kHz,带宽为40–80 kHz)进行互易收发.根据声速剖面和水下地形测量,开展射线声学数值模拟,揭示高频声传播规律.实验测量表明,声信号具有较高的信号幅度和互相关峰值,能够反演河流的平均流速和流量,并对台风“海贝思”期间河流平均流速和流量实现动态监测.研究表明,高频声层析可应用于海陆界面水动力研究、水文测量、洪峰和强降雨等极端事件的监测与预报等.

关键词：高频声层析海陆界面流量监测

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一种高频单载波水声通信系统的解调方法

一种高频单载波水声通信系统的解调方法

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中国声学学会水声学分会2021～2022年学术会议

作者：肖芳贵涂星滨黄龙飞许肖梅厦门大学海洋与地球学院水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室(厦门大学) 浙江大学海洋学院

水声信道具有严重的多径与多普勒效应。高频水声通信由于其较大的带宽,成为高速水声通信发展的重要方向。本文将频域判决反馈均衡算法与分组相位校正算法相结合,提出了一种高频单载波水声通信系统的信号解调方法。水池和海域实验验证了... 详细信息

水声信道具有严重的多径与多普勒效应。高频水声通信由于其较大的带宽,成为高速水声通信发展的重要方向。本文将频域判决反馈均衡算法与分组相位校正算法相结合,提出了一种高频单载波水声通信系统的信号解调方法。水池和海域实验验证了该方法的有效性。同时,对比了水池和海域不同信道下该方法的性能,实验结果表明:该方法在弱多径、强多普勒扩展的海域信道下性能更佳。

关键词：水声通信解调多径多普勒

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基于频域联合稀疏模型的麦克风阵列移动声源定位

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厦门大学学报（自然科学版） 2020年第1期59卷 144-148页

作者：郭秋涵童峰黄惠祥钟双莲厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室

针对实际应用中移动说话人场景,相邻语音帧之间的空间相关性急剧下降会导致声源定位估计性能下降的问题,提出利用语音频点间的空间相关性进行频域联合稀疏估计,从而提高声源移动条件下的声源定位性能.实验结果表明,频域联合稀疏的波达方... 详细信息

针对实际应用中移动说话人场景,相邻语音帧之间的空间相关性急剧下降会导致声源定位估计性能下降的问题,提出利用语音频点间的空间相关性进行频域联合稀疏估计,从而提高声源移动条件下的声源定位性能.实验结果表明,频域联合稀疏的波达方向(direction of arrival,DOA)估计算法在移动说话人场景中,性能优于传统定位算法和基于压缩感知(compressed sensing,CS)的正交匹配追踪算法.

关键词：麦克风阵列移动声源定位分布式压缩感知联合稀疏模型

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