[发明专利]一种基于音频特征提取的单波束底质分类方法

权利要求书

1.一种基于音频特征提取的单波束底质分类方法，所述方法包括：

对海底散射回波信号进行滤波，通过Hilbert变换计算海底散射回波信号包络；对海底散射回波信号包络进行对齐和平均得到时域包络；

计算时域包络的八维特征，作为海底散射回波信号的时域特征；所述时域包络的八维特征包括：启奏时间、衰减时间、释音残响时间、对数启奏时间、启奏斜率、下降斜率、时域质心和有效持续时间；

对滤波后的海底散射回波信号进行分帧计算，利用快速傅里叶变换求取频谱，计算前四阶矩的均值和方差，作为海底回波散射信号的频域特征；

将海底散射回波信号的时域特征和频域特征组合成16维音频特征，输入K-means聚类模型，输出单波束底质分类结果。

2.根据权利要求1所述的基于音频特征提取的单波束底质分类方法，其特征在于，所述对海底散射回波信号包络进行对齐的方法包括：最小门限法、最大值法或群速度法。

3.根据权利要求2所述的基于音频特征提取的单波束底质分类方法，其特征在于，所述对海底散射回波信号包络进行对齐和平均得到时域包络，具体包括：

对海底散射回波信号进行滤波，通过Hilbert变获取海底散射回波信号包络为二维矩阵p[m,n]，其中m为不同信号脉冲，m＝1,2,3,…,M，M为信号脉冲的个数；n为采样点，每个信号脉冲有N个采样点；

采用最小门限法对海底散射回波信号包络进行对齐，二维矩阵p[m,n]的第m行的对齐下标为j_m，1≤j_m≤N；平均对齐采样点整数表示为：

则第m行的延迟d_m＝j-j_m；由此得到对齐后的二维矩阵p[m,(n-d_m)]；

将对齐后的海底散射回波信号包络进行平均处理，海底散射回波信号包络的综系平均p_a[n]表示为：

p_a[n]为时域包络。

4.根据权利要求1所述的基于音频特征提取的单波束底质分类方法，其特征在于，所述前四阶矩包括：谱质心、谱延展、谱偏度和谱峰度。

5.根据权利要求4所述的基于音频特征提取的单波束底质分类方法，其特征在于，所述将海底散射回波信号的时域特征和频域特征组合成16维音频特征，输入K-means聚类模型，输出单波束底质分类结果，具体包括：

步骤1)将海底散射回波信号的时域特征和频域特征组合成16维音频特征，作为K-means聚类模型输入样本集合；

步骤2)初始化得到k个聚类中心；

步骤3)根据距离最近准则，将样本集合中的每一个样本分配至离它最近的聚类中心所对应的类；

步骤4)对于每个聚类，根据类中的样本重新计算聚类；

步骤5)若聚类中心发生变化，则转入步骤3)，否则，转入步骤6)；

步骤6)根据聚类结果输出所有海底回波散射信号的底质分类结果。

6.根据权利要求5所述的基于音频特征提取的单波束底质分类方法，其特征在于，所述初始化得到k个聚类中心，具体为：对类数进行遍历，取类内数据协方差小、类之协方差大的类数作为k的取值。