声学地层剖面记录的图像识别研究之一（穷举搜索策略的专家系统方法）

本文讨论了研制声学地层剖面记录图像识别系统的有关问题。运用的专家系统方法是：根据提取的图像特征和深度优先的穷举搜索策略，从初始前提出发沿着正方向逐步收集前提事实进行推理，直至最终得出所探测地层的地质类别的结论，同时通过计算给出该结论的置信度。     

地质声呐记录的图像处理与地层识别技术研究

对我国长江口和东海海区的典型声学地层剖面图所显示的图像特征的物理本质作了分析，归纳出９个方面的主要图像特征，并指出可以分别根据其中４个特征对９类可能存在的地层的地质属性进行分类和识别．在此基础上本文讨论了应用基于概率计算的Ｂａｙｅｓ图像分类器对声学地层剖面图进行地质解释的问题．     

多声学场景下端到端语音识别声学编码器的自适应

提出了一种面向多样化声学场景自适应设计声学编码器的方法 (SAE)。该方法通过学习不同声学场景下语音中包含的声学特征的差异,适应性地为端到端语音识别任务设计出合适的声学编码器。通过引入神经网络结构搜索技术,提高了编码器设计的有效性,从而改善了下游识别任务的性能。在Aishell-1、HKUST和SWBD三个常用的中英文数据集上的实验表明,通过所提场景自适应设计方法得到的声学编码器相比已有的声学编码器可以获得平均5%以上的错误率改善。所提方法是一种深入分析特定场景下语音特征、针对性设计高性能声学编码器的有效方法。     

用声波方程对海底地层回波数据进行逐层折射校正成像

用地层剖面仪加一条拖曳水听器阵组成的海底地层测量系统采集海底地层广角回波数据，对广角回波数据进行共深度点叠加得到的叠加剖面可用于地质解释。当海底地层声速有横向变化时，由于波的折射效应的影响，叠加剖面不能真实反映海底下地层构造的情况，应用于地质解释很可能会导致错误的结果。在已知海底地层声速的情况下，用声波方程Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ积分方法对叠加数据进行正反向两次波场延拓，可消除上伏地层声速横向变化引起下伏地层回波波场的畸变，获得更精确反映海底下地层构造的声波图像。     

汉语重音的凸显度分析与合成

重音是重要的语调特征,重音合成技术可以提高语音的自然度和表现力。针对重音的局部凸显性,该文提出了声学特征凸显度的表示方法,分析了不同韵律位置(韵律词首、中、尾,韵律短语首、中、尾等)重音音节的声学特征凸显度,发现在韵律单元末(韵律词末音节和韵律短语末韵律词)的重音其基频最大值凸显度要低于非韵律单元末重音,提出了基于声学特征凸显度的非线性的重音声学参数生成算法,解决了传统重音声学参数线性修改算法的修改幅度不足或过大的问题。采用该算法建立了基于隐Markov模型的支持重音合成的语音合成系统。实验表明,该系统可以有效合成带有重音的语音,提高了合成语音的自然度和表现力。     

汉语重音的凸显度分析与合成

重音是重要的语调特征,重音合成技术可以提高语音的自然度和表现力。针对重音的局部凸显性,该文提出了声学特征凸显度的表示方法,分析了不同韵律位置(韵律词首、中、尾,韵律短语首、中、尾等)重音音节的声学特征凸显度,发现在韵律单元末(韵律词末音节和韵律短语末韵律词)的重音其基频最大值凸显度要低于非韵律单元末重音,提出了基于声学特征凸显度的非线性的重音声学参数生成算法,解决了传统重音声学参数线性修改算法的修改幅度不足或过大的问题。采用该算法建立了基于隐Markov模型的支持重音合成的语音合成系统。实验表明,该系统可以有效合成带有重音的语音,提高了合成语音的自然度和表现力。      

应用支持向量机和人工神经网络对大气次声信号 识别的初步实验

语音情感识别在许多领域具有重要研究价值,不同声学情感特征在使用不同分类器进行分类时,识别效果具有明显差异。与语音情感有关的声学特征包括谱特征、韵律学特征、音质特征。该文提出一种特征融合的方法,将3种声学特征中具有最好识别能力的特征进行融合:保留在实验中表现稳定且有较高识别率的谱特征的全部特征,提取韵律学、音质特征的相关统计量作为辅助特征融合于谱特征中。实验表明,该文所提出的融合特征在使用同一分类器进行分类时,识别率优于单一特征;当使用不同分类器时,融合特征依然具有较好的识别能力,且识别性能稳定,3个数据集上均有较好的识别率,基本实现跨数据集识别。     

合成语声的声学分析及识别特征算法*

当前社会新型犯罪中电信诈骗案件频发,急需一种能够自动有效区分语声真伪的方法。为进一步增强目前深度学习领域识别合成语声的能力,为保障语声信息安全提供技术上的支持,针对合成语声声学特性上异于真实语声的特点,分析对比合成语声和真实语声的声学特性,设计了一种声学特征均方根角量化语声声强变化程度,结合基频变化率和语声窄带频谱图声学特征进行融合,量化了声学特性差异,聚焦了合成语声中关键声学信息。在神经网络模型中融合输入声学特征,在FoR数据集的验证集上得到了0.6%的等错误率,在测试集上最好结果达到了10.8%的等错误率。该文成功实现了对合成语声的识别,证实了声学特征的有效性和研究方案的可行性,在一定程度上拓宽了合成语声特征设计的研究思路。     

郭晓乐等同志荣获《声学学报》2017年度优秀论文奖

<正>根据《声学学报》优秀论文评选办法,经过《声学学报》编辑委员会两轮评选,编委会一致同意,决定授予郭晓乐、杨坤德、马远良等同志的"浅海声速剖面与移动声源的跟踪定位"(《声学学报》2017年第42卷第1期第1～13页)一文为《声学学报》2017年度优秀论文奖。编委会认为:郭晓乐、杨坤德、马远良等同志的"浅海声速剖面与移动声源的跟踪定位"(《声学学报》2017年第42卷第1期第1～13页)将海水声速剖面进行了距离和深度的参数化表示,将声源状态信息和声速剖面信息表示为状态变量,而将垂直线列阵接收到的声场信息作为测量值,建立了状态-测量方程;并利     

合成言语自然度的研究

在过去的十年中，中国科学院声学研究所建立了一个文语转换系统，它包括语音库，声调模型和基本合成规则．无限词汇的汉语合成问题初步解决，但合成言语的自然度必须进一步改进．我们对语言的音段特征和超音段特征对合成言语自然度的影响做了研究，结果表明影响合成言语自然度的基本因素是语言的节奏和协同发音．本系统所采用的声调模式适合于单句合成，对于大于单句的语言单元的合成，必须十分仔细地控制语调才能达成高自然度．本文介绍利用主观评价对合成语言自然度进行研究的方法和结果．     

新型测地声呐——GPY高分辨地层剖面仪

本文介绍了一种能工作于特浅水域的高分辨地层剖面仪。首先分析了国际现有产品存在的技术问题,然后阐述GPY中所采用的声学和信号处理上的新技术,最后介绍它的主要技术特点及应用效果。     

强非线性时间演化声速剖面的序贯反演

受海面波浪起伏、降雨和内波等海洋动力学过程的影响,浅水声速剖面的时间演化具有高度非线性,针对该问题提出使用改进的粒子滤波方法进行声速剖面序贯反演.该方法通过建立声速剖面的经验正交模型(EOF)以及描述声速剖面时间演化特征的状态空间模型,将声速剖面反演问题建模为状态跟踪问题,利用不敏粒子滤波(UPF:Uncented Particle Filter)算法进行声速剖面序贯反演。仿真试验通过实测声速剖面数据和先验地声参数信息产生接收声场数据,再利用模拟声场数据估计声速剖面的时间变化.结果表明,相比于集合卡尔曼滤波(EnKF:Ensemble Kalman Filter),在计算效率等同的情形下,该方法可以在状态参数的时间跳变点保持良好的跟踪性能,一定程度上克服了现有反演算法在跳变点发散的问题,可以有效提高声速剖面反演精度,尤其在声速剖面时变性较强时具有显著优势.      

悬浮泥沙声学观测的原理分析

从导出声呐方程式出发对悬浮泥沙声学观测方法的原理和系统设计问题进行了分析,得到了系统主要技术参数（如最佳工作频率、声发射功率和收发换能器孔径等）的计算公式,并着重讨论了时变随机过程的数据处理、声传播损失补偿及泥沙浓度现场标定等关键技术问题。本文分析的结果为利用声散射原理观测的声学系统（如声学悬浮泥沙浓度剖面仪和声学多普勒海流剖面仪）的研制和应用提供了依据。     

一种基于音素模型感知度的发音质量评价方法

为了提高发音质量判别精度,提出了一种基于音素模型感知度的发音质量评价方法。它采用不同语音样本集合下样本声学特征的对数后验概率期望差作为音素模型对变异发音的感知度,并以此为基础,生成各音素对应的识别模型候选集。实验表明,所提出的方法使语音识别网络候选音素模型集合尺寸减少约95%;在非母语语音数据库上,该方法评分与人工专家打分相关性为0.828,基于该方法得到的声韵母错误检出率为70.8%,声调错误检出率为42.5%,均优于其它方法。      

南海北部海域声速剖面水平变化环境声学层析

为获取水平变化的海水声速分布,在等效平均海水声速反演基础上,提出了一种声速剖面水平变化环境声学层析方法。首先利用经验正交函数结合匹配场处理方法反演不同距离下的等效平均声速剖面,进而通过逐步迭代重构出随水平距离变化的声速场分布,并通过数值仿真及海上实验两方面验证了声速剖面水平变化环境声学层析方法的可行性及其准确性。结果表明:声速剖面水平变化环境声学层析结果与实验测量声速剖面均方根误差小于0.8 m/s,利用声传播信号基本能较为准确地重构出随距离水平变化的海水声速分布,为进一步层析中尺度三维结构及声呐水声环境保障应用奠定了基础。      

EDXRF测定土壤元素含量及其在有机碳垂直分布特征研究中的应用

针对X射线荧光光谱(XRF)法不确定度计算和测定地质样品中硫的准确度、精密度与可靠性不高的难点,研究了提高土壤中硫分析准确度的途径,建立了土壤中S的XRF分析方法,完善了偏振能量色散XRF测定土壤中主、次、痕量元素的方法,利用不确定度评价、证实了所见方法的有效性和可靠性。测定、获得了研究区土壤元素剖面,通过对短期植被更替土壤剖面的土壤有机碳含量(TOC)、有机碳稳定碳同位素((13C)特征及其与元素垂直分布的关系研究,发现土壤中元素含量与有机碳含量和有机碳稳定碳同位素存在显著相关性。     

一种声速剖面展开的正交基函数获取方法

为了评估经验正交函数(Empirical Orthogonal Functions)在声速剖面的声学反演应用中的可靠性和适用性,降低声速剖面基函数的获取对样本数据的依赖性,提出了一种声速剖面展开的正交基函数的获取方法.该方法通过分析引起声速剖面变化的海洋动力学过程,利用动力学方程求解得到的水动力简正波(Hydrodynamic Normal Modes)来给出声速剖面展开的基函数.HNMs方法获得的声速剖面正交基函数与EOFs方法的结果非常吻合,且对样本数据的依赖性小。HNMs方法物理意义清晰,能够给出决定声速剖面正交基函数的物理参数,使评估经验正交函数的准确性和适用性成为可能。      

基于微区LIBS菊石化石中钙元素分布的研究

化石的研究可帮助科学家了解生物的演化进程,并帮助地质学家确定地层年代等地质信息,其中不同年代地层地质元素的变化是地质研究的热门课题。为研究不同年代地层地质元素的变化,搭建了一套微区LIBS实验系统,研究菊石化石中Ca元素的分布情况。采用非对称最小二乘法去除光谱数据的基线,并确定了最优的拟合参数。采用平均值归一化算法以减小光谱强度的相对标准偏差,多元线性回归算法计算模型的回归方程。首先,通过前期实验确定微区LIBS实验系统的最佳测试参数：激光波长为1 064 nm,激光脉冲频率为30 Hz,光谱仪采集延时为700 ns。其次,选取12块经过定量标定的天然岩石样品,从中随机抽取9块样品（闪长岩、闪长玢岩、辉长辉绿岩、粗玄岩、碱长粗面岩、角闪闪长岩、黑色浮岩、斑状角闪石花岗岩、玄武玻璃）作为测试集,其余3块样品（辉石闪长岩、辉石岩、斜长花岗岩）作为预测集。选取Ca Ⅱ 393.186 nm,Ca Ⅰ 422.856 nm,Ca Ⅰ 445.572 nm,Ca Ⅱ 559.031 nm,Ca Ⅰ 616.61 nm五个特征峰的谱线强度作为自变量,测试样品的实际Ca元素含量为因变量,利用多元线性回归算法建立Ca元素的定量分析模型,经预测集检验后得平均预测精度为92.9%。对表面经打磨的菊石化石进行5×5点阵扫描,得到一系列原子光谱数据。根据Ca元素的定量分析模型,计算后得到菊石化石Ca元素的横向分布图,其横向分辨率优于100 μm。作为纵向对比,选取每个测试点的第6,11和16组光谱数据进行处理,分别得到Ca元素的横向分布图。对比可以得到菊石化石Ca元素的纵向分布情况,结果表明菊石化石在平面和空间内均呈现不均匀分布的状态, 推测实验所选取的菊石化石在形成的过程中所处周围地层地质的元素及其含量是动态变化的。菊石化石不仅可以作为判定地层年代的证据,还可以通过对菊石化石的元素分布及含量的研究推测该化石所处地层的元素信息。研究工作对于浅海地层地质的演变、环境的变化具有一定指导意义。     

一种模拟滤波器电路的故障诊断方法

针对模拟滤波器电路,提出了一种基于测前仿真和测后仿真相结合的故障诊断方法。在测前仿真环节,通过仿真获取电路正常状态及故障状态的幅频响应曲线,引入“区别度”计算电路故障状态和正常状态的区分程度,从而确定电路的可测故障集,并通过频率选择建立可测故障集的故障字典。在测后仿真环节,通过不同频率的激励获得电路故障状态的测试数据,再利用“区别度”计算测试数据与故障字典中各故障特征的区分程度,通过最小“区别度”实现故障检测及故障元件的定位。最后通过一个滤波器电路仿真实例,基于PSpice仿真和Matlab程序计算实现了基于测前仿真的可测故障集确定和故障字典建立,以及基于测后仿真的故障检测和故障元件定位,验证了本文提出方法的实用性。     

基于非负矩阵分解的次声信号分类方法*

在中国科学院声学所大气次声波观察网实地采集的,爆炸、地震、闪电、再入四类次声事件105组阵列数据集的基础上,提出应用非负矩阵分解的特征提取方法,对次声信号的计算机自动分类方法进行了研究。针对特征设计过程复杂的问题,本方法使用非负矩阵分解自动挖掘目标信号的隐含结构作为特征。将此特征作为支持向量机和卷积神经网络输入进行分类,以提高特征设计的效率与分类的识别准确率。研究结果指出,在测试集上的平均识别准确率达到了83.13%, 相对于传统方法,简化了特征设计过程,并取得更好的分类结果。