海洋生物聲學信號處理

目錄
叢書序
自序
第1章 海洋生物聲學概述 1
1.1 海洋生物聲學與聲學信號處理 1
1.1.1 海洋生物聲學 1
1.1.2 海洋生物聲學信號處理 2
1.2 海洋中的發(fā)聲生物 3
1.3 海洋生物發(fā)聲機理 4
1.3.1 齒鯨發(fā)聲機理 4
1.3.2 須鯨發(fā)聲機理 8
1.3.3 海洋魚類發(fā)聲機理 9
1.3.4 海洋無脊椎動物發(fā)聲機理 11
1.4 本章小結 14
參考文獻 14
第2章 海洋生物叫聲傳播特性 16
2.1 海洋生物叫聲的傳播速度 16
2.1.1 海水中的聲經(jīng)驗公式 16
2.1.2 海水中的聲速變化 17
2.2 海洋生物叫聲傳播過程中的折射、反射和散射 18
2.2.1 分層介質條件下的射線聲學 19
2.2.2 Snell定律 21
2.2.3 多徑效應 21
2.3 典型聲速剖面下的海洋生物叫聲傳播 23
2.4 海洋生物叫聲傳播過程中的多普勒效應 27
2.5 聲吶方程 28
2.5.1 參數(shù)定義 29
2.5.2 主動聲吶方程 33
2.5.3 被動聲吶方程 33
2.6 本章小結 33
參考文獻 34
第3章 海洋生物叫聲信號采集 35
3.1 海洋生物叫聲信號采集系統(tǒng)整體概述 35
3.1.1 水聽器 36
3.1.2 前置放大器 40
3.1.3 濾波電路 40
3.1.4 模數(shù)轉換器 40
3.1.5 中央處理器 41
3.2 采集系統(tǒng)技術指標 42
3.2.1 采集系統(tǒng)本底噪聲 42
3.2.2 采集系統(tǒng)動態(tài)范圍 42
3.2.3 同步誤差 43
3.2.4 系統(tǒng)幅頻特性和相頻特性 43
3.2.5 幅度、相位一致性 44
3.2.6 通道間串擾 44
3.3 吸附式多參數(shù)聲學采集系統(tǒng) 45
3.3.1 系統(tǒng)概述 45
3.3.2 吸附式多參數(shù)聲學監(jiān)測系統(tǒng)整體設計 46
3.3.3 關鍵技術 50
3.4 錨系式聲學采集系統(tǒng) 52
3.4.1 系統(tǒng)概述 53
3.4.2 潛標系統(tǒng)整體設計 55
3.5 本章小結 56
參考文獻 57
第4章 海洋生物叫聲信號分析 58
4.1 海洋生物叫聲信號時域分析方法 58
4.1.1 自相關 58
4.1.2 互相關 58
4.1.3 峰度 60
4.2 海洋生物叫聲信號頻域分析方法 60
4.2.1 傅里葉變換 60
4.2.2 快速傅里葉變換 61
4.3 海洋生物哨聲信號時頻分析方法 61
4.3.1 基于短時傅里葉變換的海洋生物哨聲信號時頻分析 62
4.3.2 基于連續(xù)小波變換的海洋生物哨聲信號時頻分析 65
4.3.3 基于同步壓縮小波變換的海洋生物哨聲信號時頻分析 70
4.3.4 基于維格納分布的海洋生物哨聲信號時頻分析 74
4.3.5 海洋生物哨聲信號時頻分析方法的定量分析 78
4.3.6 海洋生物哨聲信號時頻分析方法適用性總結 81
4.4 本章小結 83
參考文獻 83
第5章 海洋生物叫聲信號特性與參數(shù)統(tǒng)計 85
5.1 鯨豚動物社交類叫聲 85
5.1.1 典型鯨豚動物哨聲 85
5.1.2 哨聲參數(shù)統(tǒng)計 91
5.2 鯨豚動物回聲定位叫聲 93
5.2.1 典型回聲定位信號 93
5.2.2 回聲定位信號參數(shù)統(tǒng)計 97
5.2.3 回聲定位信號性能分析 99
5.3 鰭足類動物叫聲 100
5.4 魚類動物叫聲 103
5.5 無脊椎動物叫聲 105
5.6 本章小結 108
參考文獻 108
第6章 鯨豚哨聲信號檢測技術 109
6.1 哨聲信號的預處理 109
6.1.1 分幀 109
6.1.2 加窗 110
6.1.3 降噪 111
6.2 基于時域的哨聲信號檢測方法 114
6.2.1 基于能量的哨聲端點檢測方法 114
6.2.2 基于經(jīng)驗模態(tài)分解與Teager算子結合的哨聲端點檢測方法 116
6.2.3 匹配濾波器 119
6.3 基于時頻域的哨聲信號檢測方法 120
6.3.1 局部*大值檢測器 120
6.3.2 譜熵法端點檢測 123
6.3.3 能量譜熵比法端點檢測 125
6.3.4 基于譜圖平滑與自適應閾值的哨聲事件檢測 126
6.3.5 基于倒譜域的特征參數(shù)聚類的哨聲事件檢測 129
6.4 本章小結 136
參考文獻 137
第7章 鯨豚動物哨聲信號特征提取與建模 138
7.1 鯨豚動物哨聲信號時頻特征提取 138
7.1.1 基于*大值的哨聲時頻譜輪廓提取 138
7.1.2 基于多目標跟蹤的哨聲時頻譜輪廓提取 149
7.2 鯨豚動物哨聲信號建模 159
7.2.1 常規(guī)海豚哨聲模型 160
7.2.2 高復雜度海豚哨聲模型 166
7.3 本章小節(jié) 169
參考文獻 169
第8章 哨聲信號分類 171
8.1 線性判別器 171
8.2 基于局部二值模式特征的K-*近鄰法海豚哨聲分類 172
8.2.1 局部二值模式 172
8.2.2 K-*近鄰法 175
8.2.3 局部二值模式特征提取算法與K-*近鄰分類器結合 176
8.3 基于哨聲時頻譜圖的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡的分類 178
8.3.1 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡 178
8.3.2 分類任務模型評估指標 179
8.3.3 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡分類結果 179
8.4 基于哨聲時頻譜圖遷移學習的微調卷積神經(jīng)網(wǎng)絡的分類 180
8.4.1 微調VGG16遷移模型 180
8.4.2 微調 ResNet50遷移模型 183
8.4.3 微調DenseNet121遷移模型 185
8.4.4 不同微調網(wǎng)絡對比 187
8.5 基于語義分割的非線性支持向量機分類模型 191
8.5.1 基于語義分割的哨聲特征提取 191
8.5.2 核支持向量機 193
8.5.3 基于語義分割的核支持向量機白鯨哨聲分類性能分析 194
8.6 本章小結 196
參考文獻 196
第9章 鯨豚嘀嗒聲檢測與特征提取 198
9.1 單嘀嗒聲脈沖檢測 198
9.1.1 基于峰度的單嘀嗒聲脈沖檢測 198
9.1.2 基于能量的單嘀嗒聲脈沖檢測 201
9.1.3 檢測方法性能比較 202
9.2 嘀嗒聲脈沖串檢測 204
9.3 嘀嗒聲特征提取 208
9.3.1 頻率參數(shù)特征 208
9.3.2 帶寬參數(shù)特征 209
9.3.3 幀內脈沖間隔特征 211
9.4 本章小結 215
參考文獻 215
第10章 鯨豚嘀嗒聲建模合成 216
10.1 基于雙瑞利脈沖模型合成嘀嗒聲 216
10.2 基于多分量模型合成嘀嗒聲串 220
10.3 基于Comsol有限元的回波動態(tài)參數(shù)脈沖串合成 222
10.3.1 基于有限元的回波產(chǎn)生機理分析 223
10.3.2 不同參數(shù)模型下目標回波脈沖串合成 225
10.4 本章小結 228
參考文獻 228
第11章 基于嘀嗒聲信號定位鯨豚 229
11.1 基于嘀嗒聲信號的測距方法 229
11.1.1 基于單水聽器的嘀嗒聲測距 229
11.1.2 基于多水聽器的嘀嗒聲測距 230
11.2 基于嘀嗒聲信號的定位方法 232
11.2.1 基于單水聽器的嘀嗒聲定位方法 232
11.2.2 基于水聽器陣列的嘀嗒聲定位方法 234
11.2.3 基于三角測量的嘀嗒聲定位方法 236
11.3 本章小結 238
參考文獻 238
索引 241
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