兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (5): 240735-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0735
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收稿日期:
2024-08-27
上线日期:
2025-05-07
通讯作者:
基金资助:
ZHANG Jiaqi, SHI Zhangsong, XU Huihui*()
Received:
2024-08-27
Online:
2025-05-07
摘要:
针对声呐员在水声目标识别过程中脑力负荷大、无法保证长时间有效工作状态的问题,基于脑-机接口技术,提出一种基于脑网络特征的水声目标识别算法,用于辅助声呐员完成水下目标的快速识别。为了增强模型对大脑神经活动信息的提取,并降低大脑无关依赖性的干扰,利用格兰杰因果和转移熵理论重建脑网络特征提取算法,并将其用于水声目标分类模型的构建。设计视-听联合刺激范式模拟真实工作环境并进行实验数据采集,以完成水声目标分类模型的训练与验证。分析结果表明,新提出的脑网络特征算法可以更好地捕获神经活动中的依赖性信息,结合所设计的视-听联合刺激范式,完成了对基于脑网络特征的水声目标分类模型验证实验,最终识别准确率稳定在90%以上。
中图分类号:
张家琦, 石章松, 徐慧慧. 一种基于脑网络特征的水声目标识别算法[J]. 兵工学报, 2025, 46(5): 240735-.
ZHANG Jiaqi, SHI Zhangsong, XU Huihui. An Underwater Acoustic Target Recognition Algorithm Based on Brain Network Features[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(5): 240735-.
试次 对 | 龙虾 | 海豚 | 蝠鲼 | |||
---|---|---|---|---|---|---|
加权 kappa值 | 显著性 | 加权 kappa值 | 显著性 | 加权 kappa值 | 显著性 | |
1-2 | 0.828 | <0.001 | 0.832 | <0.001 | 0.825 | <0.001 |
1-3 | 0.809 | <0.001 | 0.825 | <0.001 | 0.829 | <0.001 |
1-4 | 0.839 | <0.001 | 0.833 | <0.001 | 0.828 | <0.001 |
1-5 | 0.795 | <0.001 | 0.837 | <0.001 | 0.866 | <0.001 |
1-6 | 0.829 | <0.001 | 0.813 | <0.001 | 0.821 | <0.001 |
2-3 | 0.841 | <0.001 | 0.829 | <0.001 | 0.830 | <0.001 |
2-4 | 0.854 | <0.001 | 0.870 | <0.001 | 0.855 | <0.001 |
2-5 | 0.843 | <0.001 | 0.855 | <0.001 | 0.845 | <0.001 |
2-6 | 0.845 | <0.001 | 0.838 | <0.001 | 0.811 | <0.001 |
3-4 | 0.840 | <0.001 | 0.833 | <0.001 | 0.828 | <0.001 |
3-5 | 0.819 | <0.001 | 0.852 | <0.001 | 0.877 | <0.001 |
3-6 | 0.831 | <0.001 | 0.825 | <0.001 | 0.849 | <0.001 |
4-5 | 0.864 | <0.001 | 0.857 | <0.001 | 0.853 | <0.001 |
4-6 | 0.813 | <0.001 | 0.828 | <0.001 | 0.831 | <0.001 |
5-6 | 0.806 | <0.001 | 0.807 | <0.001 | 0.851 | <0.001 |
表1 不同时刻任务下脑网络特征一致性检验结果
Table 1 Consistency test results of brain network features under different time tasks
试次 对 | 龙虾 | 海豚 | 蝠鲼 | |||
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加权 kappa值 | 显著性 | 加权 kappa值 | 显著性 | 加权 kappa值 | 显著性 | |
1-2 | 0.828 | <0.001 | 0.832 | <0.001 | 0.825 | <0.001 |
1-3 | 0.809 | <0.001 | 0.825 | <0.001 | 0.829 | <0.001 |
1-4 | 0.839 | <0.001 | 0.833 | <0.001 | 0.828 | <0.001 |
1-5 | 0.795 | <0.001 | 0.837 | <0.001 | 0.866 | <0.001 |
1-6 | 0.829 | <0.001 | 0.813 | <0.001 | 0.821 | <0.001 |
2-3 | 0.841 | <0.001 | 0.829 | <0.001 | 0.830 | <0.001 |
2-4 | 0.854 | <0.001 | 0.870 | <0.001 | 0.855 | <0.001 |
2-5 | 0.843 | <0.001 | 0.855 | <0.001 | 0.845 | <0.001 |
2-6 | 0.845 | <0.001 | 0.838 | <0.001 | 0.811 | <0.001 |
3-4 | 0.840 | <0.001 | 0.833 | <0.001 | 0.828 | <0.001 |
3-5 | 0.819 | <0.001 | 0.852 | <0.001 | 0.877 | <0.001 |
3-6 | 0.831 | <0.001 | 0.825 | <0.001 | 0.849 | <0.001 |
4-5 | 0.864 | <0.001 | 0.857 | <0.001 | 0.853 | <0.001 |
4-6 | 0.813 | <0.001 | 0.828 | <0.001 | 0.831 | <0.001 |
5-6 | 0.806 | <0.001 | 0.807 | <0.001 | 0.851 | <0.001 |
算法 | 特征集维度 | 测试准确率/% | 标准差 |
---|---|---|---|
GT | 185 | 87.58 | 2.73 |
GC | 302 | 68.84 | 8.59 |
TE | 203 | 56.23 | 9.26 |
表2 三类脑网络模型分类结果
Table 2 Classification results of three types of brain network models
算法 | 特征集维度 | 测试准确率/% | 标准差 |
---|---|---|---|
GT | 185 | 87.58 | 2.73 |
GC | 302 | 68.84 | 8.59 |
TE | 203 | 56.23 | 9.26 |
算法 | 测试准确率/% | 标准差 |
---|---|---|
脑网络+LSTM | 94.16 | 0.0284 |
MFCC+LSTM | 84.93 | 0.0308 |
表3 不同特征提取模型下的分类准确率
Table 3 Classification accuracies under different feature extraction models
算法 | 测试准确率/% | 标准差 |
---|---|---|
脑网络+LSTM | 94.16 | 0.0284 |
MFCC+LSTM | 84.93 | 0.0308 |
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