基于声呐操作员大脑识别声信号神经机制特性的水下目标特征提取与自动识别研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91748105
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0307.导航、制导与控制
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Recognizing underwater targets is critical for surface vehicles and underwater vehicles. There are two major ways to recognize underwater targets: One is to extract features of acoustic signals and classify the features using computers, and the other is that sonar operators listen to acoustic signals for recognizing underwater targets. However, how a skilled sonar operator processes and analyzes the acoustic signals and then determines which type of the underwater target belongs to, is not widely or deeply researched. Therefore, in this project, the first research theme is to determine the auditory discrimination and sensitivity of skilled sonar operators. Then, with the acoustic signals of real underwater target as the stimuli, the ongoing EEG data of the skilled sonar operators are collected; in terms of tensor (multi-way data array) decomposition, the EEG components which are significantly correlated with the features of acoustic signals are extracted; this allows analyzing the interaction between the sonar operators and the acoustic signals, and finding which features of the acoustic signals the sonar operators depend on to recognize the underwater targets. Finally, the coupled tensor decomposition algorithms are developed for analyzing the multi-sets of ongoing EEG elicited by the multiple underwater target samples; consequently, the EEG features correlated with the features of acoustic signals are extracted for multiple underwater target samples; the EEG features and the features of acoustic signals are fused together for classification to recognize the underwater targets. The outcomes of the research assist to develop the theoretical foundation to design new technologies for underwater target recognition, and assist to select the candidates of sonar operators and to supervise the training of sonar operators.
水中目标识别是水面和水下航行器目前急需解决的重要关键技术。当前,基于信号处理技术提取目标特征的识别和声呐操作员听音识别是两种主要的水下目标识别方法,但熟练的声呐操作员的大脑如何加工所听到的水下目标声信号,进而识别出目标种类,这尚未得到深入研究。鉴于此,本课题先通过脑电图-事件相关电位技术,研究熟练的声呐操作员的听觉辨识力和对声音特质的敏感性;其次,使用真实水下目标声信号作为实验刺激,采集熟练的声呐操作员的连续脑电波,通过张量(多维度数组)分解提取出与声信号特征相关的脑电图成分,从而挖掘出大脑与声信号之间的交互作用和识别水下目标所依赖的声信号特征;最后,通过耦合张量分解,提取出熟练的声呐操作员识别多个类型水下目标样本的脑电图特征,并且将该脑电图特征与识别目标所用声学特征融合组成新的水下目标特征,进而识别目标。该工作为发展水下目标自动识别技术进一步夯实理论基础,为选拔和培养声呐操作员提供依据。

结项摘要

本项目以声呐操作员为研究对象,以连续脑电图和事件相关电位为脑工程技术手段,研究了声呐操作员听觉系统辨识能力和其在听音判型任务下大脑反应模式,发展了联合水声与脑电信号实现水下目标识别的新算法。.对声呐操作员的听觉辨识力检测,取得巨大工程突破,具体可分为:(1)设计失匹配负波实验范式可实现声呐操作员听觉辨识力检测;(2)基于脑电信号时频分析发现声呐操作员对声音更加敏感的属性。本研究内容成果为声呐操作员的选拔与培训提供重要理论依据,可进一步落实为声呐操作员选拔内容的评测项目。.对水下目标识别技术上取得了突破性进展:(1)利用水声信号的辐射噪声实现基于卷积神经网络实现端到端的水下目标自动识别;(2)利用声呐操作员听音判型过程中采集到的脑电信号实现水下目标识别。这为水下目标识别提供了新信息,开辟了新思路。

项目成果

期刊论文数量(21)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Spatial Properties of Mismatch Negativity in Patients with Disorders of Consciousness.
意识障碍患者失配负性的空间特性
  • DOI:
    10.1007/s12264-018-0260-4
  • 发表时间:
    2018-08
  • 期刊:
    Neuroscience bulletin
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Wang X;Fu R;Xia X;Chen X;Wu H;Landi N;Pugh K;He J;Cong F
  • 通讯作者:
    Cong F
Combined Behavioral and Mismatch Negativity Evidence for the Effects of Long-Lasting High-Definition tDCS in Disorders of Consciousness: A Pilot Study
长期高清 tDCS 对意识障碍影响的行为和失配消极证据相结合:初步研究
  • DOI:
    10.3389/fnins.2020.00381
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
    FRONTIERS IN NEUROSCIENCE
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Wang Xiaoyu;Guo Yongkun;Zhang Yunge;Li Jinju;Gao Zhongqi;Li Yingxin;Zhou Tianlin;Zhang Hui;He Jianghong;Cong Fengyu
  • 通讯作者:
    Cong Fengyu
改进的卷积神经网络实现端到端的水下目标自动识别
  • DOI:
    10.16798/j.issn.1003-0530.2020.06.018
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    信号处理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王小宇;李凡;曹琳;李军;张驰;彭圆;丛丰裕
  • 通讯作者:
    丛丰裕
Distinct Patterns of Functional Connectivity During the Comprehension of Natural, Narrative Speech
理解自然叙事语音期间功能连接的独特模式
  • DOI:
    10.1142/s0129065720500070
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
    International Journal of Neural Systems
  • 影响因子:
    8
  • 作者:
    Zhu Yongjie;Liu Jia;Ristaniemi Tapani;Cong Fengyu
  • 通讯作者:
    Cong Fengyu
Functional connectivity of major depression disorder using ongoing EEG during music perception
在音乐感知过程中使用持续脑电图进行重度抑郁症的功能连接
  • DOI:
    10.1016/j.clinph.2020.06.031
  • 发表时间:
    2020-10-01
  • 期刊:
    CLINICAL NEUROPHYSIOLOGY
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Liu, Wenya;Zhang, Chi;Cong, Fengyu
  • 通讯作者:
    Cong, Fengyu

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其他文献

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自然刺激下的多维度与多尺度脑电信号处理方法研究
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    2014
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    62.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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