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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。
中图分类号:TP183;TP391文献标识码:ADOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2024.04.007
引用格式:孙悦,彭圆,贾连徽,等.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[J].网络安全与数据治理,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

传统识别方式是针对确定性的数据,目标样本确定,目标类型确定,应用已有的水声特征提取方法,对确定性的数据进行特征提取,最终实现分类识别[1]。然而,由于数据值有误或缺失以及各个传感器的影响造成水声数据的不确定性,影响了对水下目标的分类识别准确率。再加上当前具备可分辨性的物理特征数量稀少,受当前信号处理机制性能瓶颈限制,多目标强干扰、低信噪比等条件下的目标特征提取与识别能力尚无法满足需求[2]。智能识别的出现革新了特征提取的模式,小样本学习、迁移学习、深度学习等技术的迅猛发展,为智能水声目标识别提供了新的机遇与挑战[3]。深度学习是机器学习领域中的一种研究方法,它通过构建具有多个层次结构的神经网络来模拟人类大脑的功能和思维过程。近年来,随着计算机硬件性能的提升和大数据的普及,深度学习已经取得了众多重要的研究和应用成果,成为人工智能领域的热点之一。深度学习作为人工智能领域的一个子集被广泛地应用于水声目标识别领域。本文从网络的局部连接、空间位置排列以及模型的设计角度出发,采用序列卷积与批规范化层的方式构造网络模型,通过对比实验得出添加了批规范化层的网络模型收敛速度更快、分类识别效果也更好。


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https://www.chinaaet.com/resource/share/2000005967


作者信息:

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,辽宁大连116013)


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