Бул изилдөө, кемелерден йайылан акустикалык сигналдарды дүшүк эсептөө сыйымдуулуксине сахип суу астындагы платформаларында классификациялоо үчүн FADD-Net адлы физик билгили ве хафиф бир нейрон тармагы сунуштайт. Модел; хам сеслери 128 Мел тилкесиндан олушан лог-Мел спектрограммаларына дөнүштүрмекте, узак мөөнөттүү меканик перийотлары Фоуриер аймагындаки Глобалдык жыштык конволюция блогу менен сүзмекте ве гечижи винт кавитация соккулери менен туруктуу макине сызык спектрлерины Көп эксперттүү убакыт-жыштык ажыратуу модульү аркылуу ар түрдүү йөнлерде ишлемектедир. DeepShip маалымат күмесинде модель, йалнызжа 0,66 милйон параметре ве 110,05 милйон FLOP менен 3, 5 ве 10 секундалик кеситлерде тартипсыйла %75,04, %77,17 ве %77,96 тактык елде етмиштир. Ошентсе да натыйжалар камуйа ачык маалымат күмелери ве масаүстү ГПУ тажрыйбаларийле чектелген; герчек заманлы гөмүлү жихаз, автономдуу суу астындагы аражы вейа дениз денемеси түзүмлмамыштыр.

FADD-Net’ин пайдубал йенилиги, акустикалык спектрограммаы тартипдан бир сүрөт гиби ошол эле йөнде ишлемек йерине заман ве жыштык ексенлеринин ар түрдүү физиксел анламларыны мимарийе йансытмасыдыр. Заман ексени кыска мөөнөттүү кавитация соккулерини ве энергия дегишимлерини, жыштык огу болсо машина термелүүлөрүнден доган тар тилкелүү сызык спектрлерины ташымактадыр. Модел, бу ики түзүмйы йөнсел ве анизотроптук конволюциялерле айры узман далларына йөнлендирмекте; ардындан координат көңүл буруусуйле ханги заман аралыгы ве жыштык бандынын классификация ачжылуулукндан дагы маанилүү олдугуну йениден торырлыкландырмактадыр.

DeepShip үстүндөки ана тажрыйбаларде FADD-Net, изилденген бүтүн кесит убакытлеринде эң жогорку догрулугу вермиштир. ResNet-18’ин 11,17 милйон параметресине каршылык 0,66 милйон параметре кулланарак болжол менен 16,9 кат дагы кичинекей бир модель олуштурмуш; 3 секундалик кеситлерде ResNet-101’ин %74,69’лук догрулугуну %75,04 менен ашмыштыр. ShipsEar маалымат күмесине которуп үйрөнүүнде болсо %81,07 сыноо догрулугу елде едерек ен йагымн салыштыруу модельлеринин %74,27’лик сонужуну 6,80 йүзде пуан ашмыштыр. Бирок чыныгы океан ызы-чуусунүн 5 дБ олдугу шартда ConvNeXt-Tiny’нин %56,20’лик догрулугу, FADD-Net’ин %53,93’лүк сонужундан дагы йүксектир; бу неденле модель хер ызы-чуу шартунда мутлак катары үстүн дегилдир.

Түркия жагынан: FADD-Net йаклашымы; Түркия’нин Карадениз, Мармара, Еге ве Акдениз’деки лиман излеме системалери, автономдуу суу астындагы арачлары, дениз трафиги изилдөөлары, чевресел акустикалык гөзлем ве ачык дениз энергия тесислеринин чевресел ишенимлиги гиби аланларда маанилендирмененбилир. Түркияда уйгуланмадан мурун жергиликтүү кеме типлери, лиман ызы-чуусү, сыг су көп жолдуу таралууы, дегишкен дениз дуруму, бийоложик сеслер ве ар түрдүү хидрофон системалерийле айры маалымат күмелери олуштурулмалы; модель герчек камтылган процессорлерде гежикме, энергия керектөөсү ве эс тутум колдонуу ачжылуулукндан сынанмалыдыр. Изилдөөдөн Түркия денизлеринде догрудан кулланылабмененжек хазыр бир сонар системаи, герчек заманлы операсйон гарантиси вейа бүтүн кеме типлери үчүн ишенимилир классификация сонужу чыкарыламаз.

Изилдөөнүн пайдубал маселеи недир?

Пасиф сонар системалери, чеврейе актиф акустикалык сигнал гөндермеден суастындаки ширетүүларын йайдыгы сеслери динлер. Геми классификациясында пайдубал билги кайнторы, кеме макинелери, винтлер ве хидродинамик агымш тарафындан үретмененн кеме келип чыккан ызы-чуудүр. Бу сеслер бутаин классына илишкин билги ташымакла бирликте окйанус ортамында ызы-чуу, көп жолдуу таралуу ве дегишкен изилдөө шарттары неденийле колайжа бозулмактадыр.

Изилдөө ики маселеу ошол эле анда еле алмактадыр:

• Акустик бутае аит алсыз ве айырт едижи ишаретлерин йогун айлана-чөйрө ызы-чуусуден ажырашуусы.
• Бу айрымын энергия ве ишлем сыйымдуулукси чектелген автономдуу суу астындагы платформаларында чалышабмененжек катар кичинекей бир модельле герчеклештирилмеси.

Агыр Трансформер вейа дерин конволюцияли модельлер кең глобалдык контексты өгренебилсе де милйонларжа параметре ве йүксек ишлем нарки геректирмектедир. Чок кичинекей модельлер болсо ишлем наркини азалтыркен кемейе өзгү кармашык убакыт-жыштык түзүмларыны йетеринже айырамайабилмектедир. FADD-Net, бу тактык-натыйжалуулуклилик чатышмасыны физиксел сес өндүрүш меканизмаларыны догрудан тор мимарисине йансытарак чөзмейи амачламактадыр.

Геми ширетилген сес ханги физиксел компоненттерден олушмактадыр?

Изилдөө, кеме келип чыккан акустикалык ызы-чууйү үч пайдубал компонент аркылуу ачыкламактадыр:

• Макине титирөөлери: Дизел мотор, шафт, дишли ве йардымжы макинелер айрыкча дүшүк жыштыкларда туруктуу ве тар тилкелүү сызык спектрлери олуштурур.
• Перване кавитацияу: Перване чевресиндеки кысуу дүшүшлеринин кабаржык үретмеси ве бу кабаржыкларын чөкмеси, кең тилкелүү ве заман үчүнде соккули бир энергия түзүмү мейдана гетирир.
• Хидродинамик ызы-чуу: Гөвде чевресиндеки агымш ве түрбүланс дагы абдан йүксек жыштыклы, убакыткли ве дүзенсиз компоненттер үретир.

Бу компоненттерин спектрограмма үстүндөки геометрмененри ар түрдүүдыр. Карарлы макине хармониклери заман бойунжа девам еден йатай чизгмененре, кыска мөөнөттүү кавитация олайлары болсо белирли заман нокталарында кең жыштык бантларына йайылан дикей вейа локалдык энергия күмелерине бензейебилир. Стантарт 3 × 3 конволюциялер бу ики ексени ошол эле физиксел түзүмйа сахипмиш гиби ишлер ве компоненттерин бирбирине карышмасына йол ачабилир.

Неден хам сес йерине лог-Мел спектрограммасыы колдонулган?

Хам заман толкунсы бүтүн сигнал билгисини коруса да бутае аит дүзенлерин дениз ызы-чуусү астында догрудан айырт едилмеси гүчтүр. FADD-Net, сигналдын заман үчүнде ханги жыштыкларда энергия ташыдыгыны гөстерен ики бойутлу лог-Мел спектрограммаларыны кулланмактадыр.

Илк катары кыска убакыттуу Фоуриер өзгөртүүсүйле хер заман алкаксинин гүч спектру П(т,к) эсептелген. Ардындан физиксел жыштык Мел шкаласыне дөнүштүрүлмүштүр:

\[ \operatorname{Mel}(f) = 2595\log_{10}\left(1+\frac{f}{700}\right) \]

• ф, хертз жинсинден физиксел жыштыктыр.
• Мел(ф), инсан ишитме системаинин дүшүк жыштыкларда дагы жогорку резолюция гөстермесини болжол менен катары темсил еден Мел мааниидир.

Изилдөөдө 128 адет өртүшен үчгенсел Мел чыпкасы колдонулган. Хер филтренин гүч спектруна уйгуладыгы торырлыклы топлам мындайча маалыматлмиштир:

\[ M(t,m)=\sum_k P(t,k)H_m(k), \quad m\in[1,128] \]

• т, заман алкаксидир.
• к, кыска убакыттуу Фоуриер өзгөртүүсүндеки жыштык кутусудур.
• Х_м(к), м нумаралы Мел чыпкасынин к жыштык кутусундаки торырлыгыдыр.
• М(т,м), илгили заман ве Мел тилкесиндаки сүзүлмүш энергиядир.

Енержинин динамик аралыгыны кысуук ве күчтүү арка планын астында калан алсыз сызык спектрлерины гөрүнүр хâле гетирмек үчүн логаритмик дөнүшүм колдонулган:

\[ L(t,m)=10\log_{10}\left(M(t,m)+\delta\right) \]

Бурада δ = 10⁻⁶, сыфыр мааниинин логаритмасынын алынмасыны өнлейен кичинекей позитиф сабиттир. Агын гирдиси 1 × 128 × Т бойутлу лог-Мел тенсөрүдүр; 128 жыштык бантларыны, Т болсо сегмент узунлугуна бторлы заман алкаклерини темсил етмектедир.

Сес маалыматтари насыл өн ишленмиштир?

• Бүтүн кайытлар 16 кХз үлгүлеме ылдамдыгына дөнүштүрүлмүштүр.
• Нйqуист-Сханнон илишкисине ылайык 8 кХз астындаки жыштыклар сакталган.
• Кыса заманлы Фоуриер дөнүшүмүнде 50 мс Ханн терезеси колдонулган.
• Ардышык пенжерелер арасындаки мененрлеме 25 мс катары аныкталган.
• 128 Мел чыпкасы колдонулган.
• Сон темсил логаритмик дБ өлчегине чеврилмиштир.

Изилдөөнүн йорумуна ылайык 16 кХз’е йениден үлгүлеме, кеме сеслеринин билги ташыйан 0-8 кХз бандыны коргойткен дагы йүксек жыштыклы гидродинамикалык ызы-чуунүн бир бөлүмүнү дышарыда быракмактадыр. Бирок бу тержих, 8 кХз үстүндөки оласы бута билгисинин кулланылмадыгы анламына гелир.

FADD-Net’ин генел мимариси насылдыр?

Шечопо 2’де гөстермененн мимари, лог-Мел спектрограммасыындан кеме классына катар төмөнкү агымшы излемектедир:

1. Ики катмарлы баштапкы блок, канал сайжылуулукны артырыр ве илк узамсал күчүлтмейи герчеклештирир.
2. Глобалдык жыштык конволюция блогу, айрыкчари Фоуриер аймагында сүзер.
3. Дөрт ашамалы омуртка, канал сайжылуулукны болжол менен 32’ден 80’е догру кадемели катары артырыр.
4. Хер ашамада Көп эксперттүү убакыт-жыштык ажыратуу биримлери пайдубал өзеллик чыкарыжы катары чалышыр.
5. Координат көңүл буруусу, заман ве жыштык йөнлериндеки маанилүү бөлгелери йениден торырлыкландырыр.
6. Биринжи ве үчүнжү ашама арасында кыска жол байланышы, инже акустикалык айрынтыларын кайболмасыны азалтыр.
7. Глобалдык контекст блогу, узак убакыт-жыштык нокталары арасындаки илишкмененри бирлештирир.
8. Сыныфландырма башлыгы, айрыкчари кеме категориси оласылыкларына дөнүштүрүр.

Омурга ашамаларындан мурун колдонулган ARN модульү, ызы-чуу баскылама менен алсыз бута энергиясини корума арасында уйарланабилир денге курмайы амачламактадыр. ARN’нин айрынтылы мимариси бул изилдөөда баштан танымланмамыш, мурунку изилдөөйа атыф түзүмлмыштыр.

Глобалдык жыштык конволюция блогу не йапмактадыр?

Глобалдык жыштык конволюция блогу (Фреqуенжй Жонволутионал Бложк, FCB), стантарт конволюцияин йалнызжа кичинекей комшулуклары ылайыкбилмеси маселеуну Фоуриер аймагына гечерек ашмайы амачламактадыр. Геми мотору ве винт ритимлери узун заман аралыкларына йайылан перийодик модульасйонлар олуштурабилир. FCB, түм спектрограмма бойунжа бу дүзенлери тек ишлемде маанилендиребмененн күресел бир алгы аланы сторлар.

Гириш өзеллик картасы:

\[ \mathbf{X}\in\mathbb{R}^{C\times H\times W} \]

Бурада Ж канал сайжылуулукны, Х жыштык бойутуну ве W заман бойутуну темсил едер. Илк ашамада ики бойутлу герчек тез Фоуриер өзгөртүүсү уйгуланыр:

\[ \widetilde{\mathbf{X}}=\mathcal{F}_{2D}(\mathbf{X}) \]

Герчек маанили гирдмененрин Хермит симметриясыси колдонуп заман йөнүндеки Фоуриер чыктжылуулукнын болжол менен йаржылуулук сакланыр. Елде едмененн комплекстүү спектр, чыныгы жана элестүү бөлүмлери өгренмененбмененн кармашык торырлык тенсөрүйле елеман базында чарпылыр:

\[ \mathbf{Y}=\widetilde{\mathbf{X}}\odot\mathbf{W} \]

Агырлыкларын дүшүк модульасйон жыштыкларына йогунлашмасы, жай дегишен ве перийодик кеме ритимлеринин гүчлендирилмеси; дүзенсиз, ылдам дегишен ызы-чуунүн болсо азалтылмасы бичиминде йорумланмактадыр.

Сүзүлмүш айрыкчар тескери Фоуриер өзгөртүүсүйле убакыт-жыштык дүзлемине гери ташыныр:

\[ \mathbf{X}_{filtered}=\mathcal{F}_{2D}^{-1}(\mathbf{Y}) \]

Йерел айрынтыларын кайболмасыны ве окутуу карарсызлыгыны өнлемек үчүн өзгүн өзеллик картасы калдык байланышйла екленир:

\[ \mathbf{X}_{out}=\mathbf{X}+\mathbf{X}_{filtered} \]

FCB’нин теорик кармашыклыгы болжол менен катары:

\[ \mathcal{O}\left(CHW\log(HW)\right) \]

шеклиндедир. Бу маани, бүтүн убакыт-жыштык нокталары арасында догрудан илишки куран стантарт өзүнө көңүл бурууин куадратик наркинден дагы дүшүктүр.

Көп эксперттүү убакыт-жыштык ажыратуу модульү насыл изилдөөктадыр?

Мулти-Еxперт Тиме-Фреqуенжй Дежоуплинг (METFD) модульү, гирдийи үч өзел узман далына айырмактадыр:

Гириш мурун 1 × 1 конволюцияле Ж каналдан 2C канала кеңлетилмектедир. Заман узманы жыштык огунде хавузлама йапарак 2C × 1 × W бойутлу заман излери, жыштык эксперти убакыт огунде хавузлама йапарак 2C × Х × 1 бойутлу спектрал излер, биргелешкен эксперт болсо күресел орточо хавузламайла 2C × 1 × 1 бторлам вектөрү үретмектедир.

Үч узман чыктжылуулук елеман базында топланмакта, 1 × 1 издүшүмле текрар Ж канала индирилмекте ве координат көңүл буруусунден гечирилмектедир:

\[ \mathbf{Y}=\mathbf{X}+\operatorname{CoordAtt}\left(F_{proj}\left(E_t(\mathbf{X}')\oplus E_f(\mathbf{X}')\oplus E_j(\mathbf{X}')\right)\right) \]

Бурада Е_т, Е_ф ве Е_ж тартипсыйла заман, жыштык ве биргелешкен экспертлары; ⊕ болсо елеман базында топламайы көрсөтөт. Артык шилтеме, айрыштырма тартипсында өзгүн жергиликтүү билгмененрин тамамен кайболмасыны өнлемектедир.

Координат көңүл бурууи неден гереклидир?

Бирабдан көңүл механизми ики бойутлу өзеллик картасыны тек бир канал мааниине индиргер. Бу йаклашым “ханги канал маанилүүдир?” суроосуну йанытласа да маанилүү ишаретин ханги заманда ве ханги жыштыкта булундугуну смененбилир.

Координат көңүл буруусу, заман ве жыштык ексенлерини айры айры хавузлар:

• Бир вектөр хер жыштык бандынын заман бойунжа орточо мааниини ташыр.
• Дигер вектөр хер заман алкаксинин жыштыклар бойунжа орточо мааниини ташыр.

Бу ики йөнсел темсил бирлештирилир, 1 × 1 конволюция ве догрусал олмайан дөнүшүмлерден гечирилир, ардындан текрар заман ве жыштык торырлыкларына айрылыр. Сон өзеллик:

\[ \widehat{\mathbf{U}}=\mathbf{U}\odot A_h\odot A_w \]

бичиминде олуштурулур. А_х жыштык йөнүндеки, А_w заман йөнүндеки көңүл буруу торырлыкларыны темсил едер. Бөйлеже модель хем белирли бир чизги спектрунун жыштык конумуну хем де кыска мөөнөттүү кавитация олайынын заман конумуну коруйабилир.

Глобалдык контекст блогу не сторламактадыр?

METFD ве координат көңүл буруусу жергиликтүү ве йөнсел айрыкчари ишлеркен, Глобалдык контекст блогу ар түрдүү убакыт-жыштык бөлгелеринден гелен билгмененри тек бторламда топлар. Гириш өзеллик картасындан 1 × 1 конволюция ве Софтмаx менен узамсал көңүл буруу маскеси олуштурулур. Дүзлештирилмиш айрыкчарле маске чарпыларак канал башына глобалдык контекст вектөрү хесапланыр:

\[ \mathbf{V}_{gc}=\mathbf{V}+\mathbf{W}_v\left(\mathbf{V}_{flat}\mathbf{M}^{T}\right) \]

Бу темсил дагы кийин канал кеңлетме, күресел орточо хавузлама, дропоут ве догрусал классификация катмарына гөндерилир.

METFD неден стантарт 3 × 3 конволюцияден дагы хафифтир?

Стантарт 3 × 3 конволюцияин болжол менен ишлем нарки:

\[ \mathcal{O}(9C^2HW) \]

катары маалыматлмиштир. METFD’нин топлам нарки болсо:

\[ \mathcal{O}_{METFD}=\mathcal{O}\left(4C^2HW+42CHW+4C^2(H+W+1)\right) \]

шеклинде эсептелген. Х + W мааниинин генелликле ХW чарпымындан абдан кичинекей олмасы неденийле ана нарк 4Ж²ХW териминден гелмектедир. Изилдөөчүлөр бу түзүмнын стантарт 3 × 3 конволюцияе ылайык FLOP сайжылуулукны %50’ден фазала азалттыгыны белиртмектедир.

Бу теорик хесап, герчек жихаздаки гежикмейи вейа энергия керектөөсүни догрудан өлчмез. Фоуриер дөнүшүмүнүн, эс еришиминин ве белирли донаным ылдамдыкландырыжыларынын колдонмо нарки FLOP сайжылуулукндан ар түрдүү олабилир.

DeepShip маалымат күмеси насыл колдонулган?

DeepShip, Ожеан Нетwоркс Жанада тарафындан сторланан топлам 47 саат 4 мүнөтлык герчек суу астындагы кайдыны ичермектедир. Вери күмесиндеки 265 ар түрдүү кеме дөрт кең класса айрылмыштыр:

• Йүк кемеси
• Йолжу кемеси
• Танкер
• Рөморкөр

Кайытлар 3, 5 ве 10 секундалик кеситлере айрылмыштыр. Үч ве беш секундалик кеситлерде өртүшмесиз бөлме, 10 секундалик кеситлерде болсо йетерли үлгү сайжылуулукны корумак амажыйла 5 секундалик өртүшме колдонулган.

Өнемли методологиялык тержих, бөлменин кеситлер аркылуу растгеле дегил өзгүн сес досйасы кимликлери аркылуу түзүмлмасыдыр. Айны узун кайда аит бензер айлана-чөйрө ызы-чуусунүн хем окутуу хем тест жыйындысыне дүшмеси бөйлеже өнленмейе чалышылмыштыр. Егитим, валидация ве сыноо катышы болжол менен 8:1:1’дир ве хер класс үчүн колдонулган өзгүн досйа кимликлери изилдөөнүн Табло 2’синде ачыкча листеленмиштир.

ShipsEar маалымат күмеси насыл дүзенленмиштир?

ShipsEar, Испанйа’нын кузейбаты Атлантик кыйжылуулукнда кайдедмененн 90 сес кайды ве болжол менен үч саатлик маалымат ичермектедир. Вери күмесиндеки 11 кеме түрү ве айлана-чөйрө ызы-чуусу, литератүрде колдонулган беш үст класса айрылмыштыр:

Кайытлар өртүшмесиз 5 секундалик кеситлере айрылмыш ве топлам 2.094 үлгү олуштурулмуштур:

• Егитим: 1.709 үлгү
• Догрулама: 228 үлгү
• Тест: 157 үлгү

ShipsEar’ын кичинекей олмасы неденийле бу маалымат күмеси, DeepShip үстүндө мурунден егитмененн модельлерин ар түрдүү акустикалык ортама актарымыны баалоок үчүн колдонулган.

Модел ханги өлчүтлерле бааланган?

Генел тактык:

\[ \operatorname{Accuracy}=\frac{\sum_{k=1}^{K}TP_k}{N} \]

катары эсептелген. ТП_к, к классындаки чыныгы оң үлгүлөрү; Н топлам үлгү сайжылуулукны ифаде едер.

Сыныф башына тактык ве сезгичтик:

\[ P_k=\frac{TP_k}{TP_k+FP_k} \]

\[ R_k=\frac{TP_k}{TP_k+FN_k} \]

бичиминдедир. Сыныфларын үлгү сайжылуулук ар түрдүү олдугу үчүн Macro-F1 ошондой эле колдонулган:

\[ \operatorname{Macro-F1}=\frac{1}{K}\sum_{k=1}^{K}\frac{2P_kR_k}{P_k+R_k} \]

Macro-F1 хер класса ешит торырлык маалыматр. Ошондой эле өгренмененбилир параметр саны ве FLOP маании эсептөө ве эс герексинимлеринин болжол менен көрсөткүчлери катары рапорланмыштыр.

DeepShip окутуу айарлары нелердир?

Беш секундалик кеситлер, кийинки абляция, ызы-чууга туруктуулук ве гөрселлештирме тажрыйбаларинин ана айары катары сечилмиштир. Изилдөөчүлөр бу убакытнин меканик модульасйон циклдерини йакаламак үчүн йетерли, 10 секундалик гирдмененре ылайык болсо дагы аз эсептөө йүклү олдугуну белиртмектедир.

Ана модель салыштыруусы не көрсөтөт?

Табло 3’те бүтүн модельлер ошол эле лог-Мел гирдмененри ве ошол эле окутуу хаттыйла сыфырдан егитилмиштир. FLOP маанилери 3 секундалик гириш айары үчүн маалыматлмиштир.

FADD-Net, бүтүн кесит убакытлеринде эң жогорку догрулугу елде етмиштир. Ен күчтүү хафиф салыштыруулардан EfficientNet-B0’а ылайык тактык фарклары 3 секундаде 1,61, 5 секундаде 3,13 ве 10 секундаде 0,79 йүзде пуандыр. FADD-Net, EfficientNet-B0’ын параметре бүтчесинин болжол менен %16,5’ини кулланмактадыр; бирок FLOP маании 3 секундалик гириште EfficientNet-B0’дан болжол менен %10 дагы йүксектир. Бу неденле модель хер эсептөө өлчүтүнде ен кичинекей дегилдир.

ResNet-101’ин догрулугу 3 секундаде %74,69 икен 10 секундаде %68,90’а дүшмүштүр. FADD-Net болсо гириш мөөнөтү узадыкча %75,04’тен %77,96’йа йүкселмиштир. Изилдөөчүлөр бу фаркы чоң изотропик модельлерин узун кайытлардаки арка план ызы-чуусүне ашыры уйум гөстермесийле илишкмененндирмектедир. Ошентсе да изилдөө, бу меканизмайы ар түрдүү окутуу текрарлары вейа бторымсыз ашыры уйум өлчөөлөрийле догрудан сынамамыштыр.

FADD-Net’ин хафифлиги насыл йорумланмалыдыр?

• ResNet-18’е ылайык параметр саны болжол менен 16,9 кат дагы дүшүктүр.
• ResNet-18’е ылайык 3 секундалик гирдиде FLOP сайжылуулук болжол менен %74,2 дагы аздыр.
• ResNet-101’е ылайык параметр саны болжол менен 64 кат дагы дүшүктүр.
• ResNet-101’е ылайык FLOP сайжылуулук болжол менен %94,2 дагы аздыр.
• UATFSNet, 0,03 милйон параметрейле FADD-Net’тен абдан дагы кичинекейтүр; бирок догрулугу айкын бичимде дүшүктүр.
• EfficientNet-B0, FADD-Net’тен дагы дүшүк FLOP мааниине сахиптир; бирок дагы фазала параметре кулланмактадыр.

Бу неденле FADD-Net “ен кичинекей модель” дегил, изилдөөдө өлчүлен тактык менен модель бойуту арасында күчтүү бир денге куран модельдир.

Аблатион тажрыйбалари ханги модулдарин маанилүү олдугуну көрсөтөт?

Беш секундалик ана айарда хер сеферинде бир компонент калдырылмыш вейа геленексел эквивалентийле дегиштирилмиштир:

Ен чоң тактык кайбы координат көңүл буруусунин калдырылмасында олушмуштур. Бу натыйжа, маанилүү заман ве жыштык конумларынын корунмасынын йалнызжа канал торырлыкландырмасындан дагы маанили олдугуну дестеклемектедир. FCB’нин калдырылмасы 2,33 йүзде пуанлык кайба йол ачмыш ве узак мөөнөттүү перийодик билгмененрин салымыны көрсөткөн.

METFD’нин стантарт 3 × 3 конволюцияле дегиштирилмеси догрулугу дүшүрүркен ишлем наркини 228,70 милйондан 566,59 милйон FLOP’а йүкселтмиштир. Бу табылга, йөнсел айрыштырманын ошол эле анда хем дагы догру хем дагы эсептөө натыйжалуулукли олабмененжегини көрсөтөт.

Аблатион таблицасундаки там модель догрулугу %76,94’түр; ана салыштыруу таблицасундаки 5 секунда догрулугу болсо %77,17’дир. Изилдөөдө бу 0,23 йүзде пуанлык фаркын ар түрдүү окутуу чалыштырмаларындан ширетүүланып ширетүүланмадыгы ачыкланмамыш ве текрарлар арасы стантарт сапма маалыматлмемиштир.

Ханги конволюция чекирдеги бирлешими ен ийи сонужу вермиштир?

METFD’нин заман ве жыштык йөнлериндеки өзөк бойутлары айры айры дененмиштир. Ен йүксек тактык, заман йөнүнде 1 × 3 ве жыштык йөнүнде 3 × 1 чекирдегин бирлешиминде %76,53 катары өлчөнгөн.

1 × 1 өзөклер жергиликтүү бторламы йакаламакта йетерсиз калмыштыр. Чекирдеклерин 5 узунлугуна чыкарылмасы болсо кыса кавитация соккулерини фазала йумушатмыш вейа айры хармониклери кең тилкелүү ызы-чууйле бирлештирмиш олабилир. Бу йорум, өндүрүмдүүлүк егилимлери ве кеме сеслеринин физиксел геометриси аркылуу түзүмлмыштыр; соккулерин герчек заман ве бант кеңликлери айры өлчүлмемиштир.

Үч узман далынын бирликте кулланылмасы не казандырмыштыр?

Тек бир физиксел компоненте одакланмак бүтүн кеме класстары үчүн йетерли дегилдир. Заман, жыштык ве ортак бторламын бирлештирилмеси догрулугу болжол менен 2,4-3,5 йүзде пуан артырмыштыр. Генишлетилмиш конволюциялер, параметр саныны маанилүү өлчүде бүйүтмеден дагы кең ики бойутлу бторлам йакалайарак ек 0,81 йүзде пуан казандырмыштыр.

Модел сентэтикалык ызы-чуу астында насыл давранмыштыр?

Илк ызы-чуу тажрыйбаинде темиз сыноо сигналдардыне −5 дБ менен 20 дБ арасында салымлы ак Гаусс ызы-чуусу екленмиштир. FADD-Net, изилденген бүтүн сентэтикалык ызы-чуу дүзейлеринде салыштыруу модельлеринден дагы йүксек тактык егриси көрсөткөн.

ConvNeXt-Tiny −5 дБ’де болжол менен %30,4 тактык коргойткен FADD-Net’ин егриси бунун үстүндө калмыштыр. Бирок сүрөт үстүндөки бүтүн нокталарын кесин сандык маанилери таблица катары маалыматлмедигинден графиктен окунан ара маанилерин кесин натыйжа гиби кулланылмасы уйгун дегилдир.

Герчек океан ызы-чуусу астында натыйжалар насылдыр?

Икинжи ызы-чуу тажрыйбаинде ShipsEar Сыныф Е’ден алынан герчек окйанус арка планы DeepShip сыноо үлгүлөрүне екленмиштир. Бу ортам, бейаз ызы-чууден дагы дүзенсиз ве заманла дегишен бир түзүмйа сахиптир.

• −5 дБ’де ResNet-50 догрулугу %22,29’а дүшмүштүр.
• −5 дБ’де EfficientNet-B0 догрулугу %23,35’е дүшмүштүр.
• 5 дБ’де ConvNeXt-Tiny %56,20 менен FADD-Net’ин %53,93 мааниини гечмиштир.
• FADD-Net 10 дБ’ден итибарен бүтүн салыштыруу модельлерини ашмыштыр.
• 20 дБ’де FADD-Net %76,31, ConvNeXt-Tiny болсо %71,63 тактык вермиштир.

Бу натыйжа, FADD-Net’ин орта ве йүксек сигнал-ызы-чуу катышларында физиксел хармониклери айырмада авантажлы олдугуну; бирок ашыры кармашык герчек ызы-чуу шарттарында чоң бир модельин чектелген бир бөлгеде дагы йүксек натыйжа веребилдигини көрсөтөт. Изилдөөнүн “үстүн ызы-чууга туруктуулук” иддиасы бу истисна көңүл бурууе алынарак йорумланмалыдыр.

Карышыклык матрислери ханги класстарын зор олдугуну көрсөтөт?

FADD-Net жүк кемеси, жүргүнчү кемеси ве буксир класстарында иймененшмиш; танкерлерде дөрт йүзде пуан гермененмиштир. Танкер үлгүлөрүнин %15’и жүк кемеси, %8’и жүргүнчү кемеси катары классификацияланган. Йүк кемелеринин танкер катары карыштырылма катышы EfficientNet-B0’да %24 икен FADD-Net’те %19’а дүшмүштүр.

Рөморкөрлерин %17’си жүргүнчү кемеси катары классификацияланган. Изилдөөнүн физиксел йорумуна ылайык йүксек девирли ве йүк астында чалышан буксир винтлери, кичинекей йолжу кемелериндекине бензейен күчтүү йүксек жыштыклы кавитация ритимлери үретебилир. Йүк кемелери менен танкерлер болсо дүшүк ылдамдыкда чалышан чоң коммерциялык кемелер олдуклары үчүн бензер дүшүк жыштыклы макине хармониклерине сахиптир.

t-SNE гөрселлештирмеси не көрсөтөт?

Шечопо 12, айрыкчарин тор үчүнде мененрледикче насыл айрыштыгыны көрсөтөт:

• Хам гирдиде дөрт кеме классынын нокталары чоң өлчүде ич ичедир.
• Башлангыч конволюциялеринден кийин бир өлчөм ачылма олушса да класс сынырлары белирсиздир.
• METFD чыкышында класстар арасы месафе артмакта ве класс ичи йайылым таралмактадыр.
• Сон өзеллик узайында дөрт дагы айкын күме олушмактадыр.

Рөморкөр күмеси йүксек жыштыклы кавитация айрыкчари неденийле дагы айкын айрылыркен жүк кемеси ве танкер күмелери бирбирине йагымн калмыштыр. t-SNE, йүксек бойутлу айрыкчарин ики бойутлу гөрсел издүшүмүдүр; күмелерин гөрүнүмү тек башына генеллеме вейа неденселлик каныты дегилдир.

Grad-CAM карталары модельин нейе бактыгыны көрсөтөт?

Grad-CAM гөрселлеринде жыштык аланы үч бөлгейе айрылмыштыр:

• Дүшүк жыштык: 0-100 Хз
• Орта жыштык: 100-1000 Хз
• Йүксек жыштык: 1-8 кХз

Йүк ве танкер класстарында көңүл буруу, дүшүк ве орта жыштыклардаки убакыткли йатай чизгмененре йогунлашмыштыр. Бунлар торыр макинелерин туруктуу меканик хармониклерийле илишкмененндирилмиштир. Йолжу кемеси ве буксирлерде болсо йүксек жыштыктаки жергиликтүү ве кесикли энергия блоклары дагы айкындир; бунлар ылдам винт дөнүшлери ве кавитация соккулерийле ачыкланмыштыр.

Гөрселлер, торын йалнызжа маалымат күмесине өзгү арка план десенлерини дегил, физиксел катары анламлы сес бөлгелерини кулландыгы йорумуну дестеклемектедир. Ошентсе да Grad-CAM төмөн резолюциялү бир маани картасыдыр ве белирли бир физиксел кайнторын неденсел катары танымландыгыны далилдебейт.

ShipsEar которуп үйрөнүү насыл түзүмлмыштыр?

DeepShip’ин 5 секундалик маалыматтарийле мурунден егитмененн модель ShipsEar’а актарылмыштыр. Беш класслы йени классификация башы олуштурулмуш ве ар түрдүү сыг су ортамына уйум сторламасы үчүн FCB йениден башлатылмыштыр.

Өнжеден егитилмиш омурткайа дүшүк, йени катмарлара дагы йүксек өгренме катышы маалыматлмеси мурунку акустикалык билгийи коргойткен йени ортама уйум сторламайы амачламактадыр.

Вери күмелери арасы актарым натыйжалары нелердир?

FADD-Net, ен йагымн натыйжалар олан ResNet-34 ве CFTANet’и 6,80 йүзде пуан гечмиштир. Изилдөөчүлөр бу фаркы Фоуриер филтресинин ортама өзгү дүзенсиз ызы-чууйү азалтмасына ве METFD’нин чевреден бторымсыз меканик хармониклерле кавитация ритимлерини айырмасына бторламактадыр.

ShipsEar тест жыйындысынде йалнызжа 157 сегмент булундугу үчүн тек бир өрнегин сонужу болжол менен 0,64 йүзде пуан дегиштиребилир. Изилдөөдө ишеним интервалы вейа ар түрдүү маалымат бөлмелерийле текрар рапорланмадыгындан %81,07 сонужу чектелген сыноо үлгүлеми бторламында маанилендирилмелидир.

Изилдөөнүн күчтүү йөнлери нелердир?

• Аг мимариси кеме сеслеринин физиксел өндүрүш меканизмаларыйла илишкмененндирилмиштир.
• Заман ве жыштык ексенлери ошол эле өзелликмиш гиби ишленмек йерине айры узман далларында бааланган.
• DeepShip бөлмеси өзгүн досйа кимликлери аркылуу түзүмларак кесит сызынтжылуулук азалтылмыштыр.
• Үч ар түрдүү сес мөөнөтү, ики маалымат күмеси ве ар түрдүү модель амененлери каршылаштырылмыштыр.
• Догрулук йанында Macro-F1, параметре ве FLOP маанилери рапорланмыштыр.
• Хер пайдубал модуль абляция тажрыйбаларийле айры айры бааланган.
• Сентэтикалык ве чыныгы океан ызы-чуусу айры сыноо едилмиштир.
• Карышыклык матрислери, t-SNE ве Grad-CAM менен модель давранышы гөрселлештирилмиштир.
• FADD-Net, кичинекей модель бойутуйла торыр модельлери гечмиштир.
• DeepShip’тен ShipsEar’а маалымат күмелери арасы актарым сынанмыштыр.

Изилдөөнүн чектелгенлыклары нелердир?

• Изилдөө рецензиядан өтпөгөн препринт.
• Модел герчек бир автономдуу суу астындагы аражы, пассивдүү сонар жихазы вейа камтылган процессорде чалыштырылмамыштыр.
• Чыкарым гежикмеси, герчек заманлы каре ылдамдыгы, РАМ колдонулушу ве wатт жинсинден энергия керектөөсү рапорланмамыштыр.
• FLOP ве параметре сайылары герчек донаным өндүрүмдүүлүкынын йалнызжа болжол менен көрсөткүчлеридир.
• Денейлерин тек чалыштырма мы йокса бирден фазала растгеле тохум орточосы мы олдугу ачыкланмамыштыр.
• Стантарт сапма, ишеним интервалы вейа истатистиксел анламлылык сыноои маалыматлмемиштир.
• DeepShip ве ShipsEar белирли жографи, хидрофон ве кеме дторылымларыны темсил етмектедир; бүтүн дениз ортамларына генелленемез.
• ShipsEar тест жыйындысы йалнызжа 157 беш секундалик үлгүтен олушмактадыр.
• Герчек океан ызы-чуусунде 5 дБ шартунда FADD-Net ен ийи модель дегилдир.
• Танкер догрулугу EfficientNet-B0’а ылайык %78’ден %74’е дүшмүштүр.
• Йүк кемеси-танкер ве буксир-жүргүнчү кемеси карышыклыгы девам етмектедир.
• 10 секундалик үлгүлерде ошол эле досйа үчүнде 5 секундалик өртүшме колдонулган; бөлмелер арасында сызынты енгелленсе де ошол эле бөлме үчүнде үлгү бторымлылыгы артабилир.
• ARN модульүнүн бүтүн мимари айрынтылары бу текстде йениден маалыматлмемиштир.
• Ширетүү коду, модель торырлыклары ве там тажрыйба түзүмландырмасы үчүн еришим шилтемесы сунулмамыштыр.
• Вери артырма ыкмалери айрынтылы бичимде ачыкланмамыштыр.
• Модел дениз мемелмененри, чевресел олайлар вейа билинмейен бута класстары үстүндө сынанмамыштыр.
• Йанлыш коңгуроо, ачык көптүк таануу ве бөлүштүрүүдөн тышкары үлгү реддетме өндүрүмдүүлүкы маанилендирилмемиштир.

Изилдөө нейи дестеклемектедир?

• Физик билгили убакыт-жыштык айрыштырмасынын кичинекей модель бойутуйла рекабетчи классификация сторлайабмененжегини дестеклемектедир.
• FCB, METFD ве координат көңүл буруусунин хер биринин догрулуга өлчүлебилир салым сундугуну көрсөтөт.
• FADD-Net’ин DeepShip үстүндө изилденген салыштыруу модельлеринден дагы йүксек тактык вердигини көрсөтөт.
• FADD-Net’ин DeepShip’тен ShipsEar’а актарымда йүксек сыноо догрулугу сторлайабилдигини көрсөтөт.
• Йөнсел ве анизотроптук ишлемлерин стантарт 3 × 3 конволюцияе ылайык дагы дүшүк FLOP менен дагы йүксек тактык сторлайабмененжегини көрсөтөт.
• Модел карарларынын базы кеме класстарында физиксел катары анламлы жыштык ве заман бөлгелерийле өртүштүгүнү дестеклемектедир.

Изилдөө нейи далилдебейт?

• Моделин герчек дениз ылайыквлеринде ошол эле тактыкла чалышажторыны далилдебейт.
• 0,66 милйон параметренин отоматик катары дүшүк энергия керектөөсү вейа герчек заманлы изилдөө сторлайажторыны далилдебейт.
• FADD-Net’ин бүтүн ызы-чуу севийелеринде бүтүн модельлерден үстүн олдугуну гөстермемектедир.
• Моделин билинмейен кеме түрлерини ишенимли бичимде реддедебилдигини далилдебейт.
• Хидрофон йерлешими, деринлик, хава шарттары ве деңиз түбү ар түрдүүлыкларындан бторымсыз олдугуну гөстермемектедир.
• Аскерî вейа сивил бир сонар системаинде операсйонел ишенимилирлик, сертификасйон вейа саха башаржылуулук сунмамактадыр.
• Grad-CAM бөлгелеринин догрудан белирли макине вейа винт компоненттерине аит олдугуну кесин катары далилдебейт.

Изилдөөнүн Йөнтеми ве Булгулары

Изилдөө тасарымы

Изилдөө, камуйа ачык ики суу астындагы акустикалык маалымат күмеси үстүндө денетимли классификация, модель салыштыруусы, абляция анализи, ызы-чууга туруктуулук сыноои, которуп үйрөнүү ве өзеллик гөрселлештирмеси ичерен эксперименттик машиналык үйрөнүү изилдөөсыдыр.

Гирди ве чыкты

FADD-Net пайдубал модулдари

• Ики катмарлы конволюцияли баштапкы блок
• Глобалдык жыштык конволюция блогу
• Дөрт ашамалы хафиф омуртка
• ARN денгелеме модульү
• Көп эксперттүү убакыт-жыштык ажыратуу
• Координат көңүл буруусу
• Ашамалар арасы кыса йол
• Глобалдык контекст блогу
• Дропоут дүзенлемели классификация башы

Ана натыйжаларын текник өзети

Модүл салымларынын өзети

• Координат көңүл буруусу калдырылдыгында тактык 3,22 йүзде пуан дүшмүштүр.
• FCB калдырылдыгында тактык 2,33 йүзде пуан дүшмүштүр.
• METFD стантарт 3 × 3 конволюцияле дегиштирилдигинде тактык 1,61 йүзде пуан дүшмүш ве FLOP маании болжол менен 2,48 кат артмыштыр.
• ARN калдырылдыгында тактык 0,48 йүзде пуан дүшмүштүр.
• Ашамалар арасы кыса йол калдырылдыгында тактык 0,69 йүзде пуан дүшмүштүр.

Текрарланабилирлик ачжылуулукндан ексик билгмененр

• Растгеле тохумлар
• Текрарлы тажрыйбаларин сайжылуулук
• Сонучларын стантарт сапмасы
• Ширетүү коду ве модель торырлыклары
• Там маалымат артырма түзүмландырмасы
• ARN’нин ексиксиз колдонмо айрынтжылуулук
• Гөмүлү донаным чыкарым мөөнөтү
• Герчек гүч ве эс өлчөөлөри

Герчек саха колдонмосына гечиш үчүн герекли адымлар

• Фарклы хидрофон ве кайыт системалерийле йени дениз маалымат күмелери олуштурулмасы
• Фарклы деринлик, деңиз түбү ве көп жолдуу таралуу шарттарында сыноо
• Йтормур, толкун, бийоложик сес, лиман ве ендүстри ызы-чуусүнүн маанилендирилмеси
• Билинмейен бута ве ачык көптүк таануу сыноолору
• Автономдуу суу астындагы аражындаки камтылган процессорде герчек заманлы чыкарым
• Wатт жинсинден гүч ве мегабайт жинсинден эс өлчөөү
• Узун убакытли дениз денемеси
• Йанлыш коңгуроо, гежикме ве ишенимилирлик анализи
• Фарклы үлке ве дениз бөлгелеринден бторымсыз маалыматйле тышкы валидация

Булак жана метод эскертүүсү

Изилдөөнүн өзгүн ады: FADD-Net: Ынтегратинг Глобал Фреqуенжй Филтеринг анд Дирежтионал Спежтро-Темпорал Дежоуплинг фор Лигхтwеигхт Ундерwатер Ажоустиж Таргет Режогнитион

Йазарлар: Жхен Лианг; Заменени Луо; Донгжхен Тиан; Зийу Йан; Жинг Xу; Xионгхуи Ли.

Йазар тартипламасы: Йукарыдаки листе изилдөөдөки өзгүн автор тартипсыны корумактадыр.

Еш биринжи автор: Изилдөөдө еш биринжи автор вейа еш салым бейаны булунмамактадыр.

Сорумлу авторлор: Жинг Xу ве Xионгхуи Ли.

Сорумлу автор е-посталары: jxu-optics@zju.edu.cn; wananmotianlun@foxmail.com.

Курумлар:

• Ожеан Жоллеге, Зхежианг Университй, Зхоусхан 316021, Чин.
• Адванжед Ынтердисжиплинарй Тежхнологй Ресеаржх Жентер, Натионал Ынноватион Ынституте оф Дефенсе Тежхнологй, Пекин 100071, Чин.
• Сжхоол оф Ынформатион анд Жоммунижатион Енгинееринг, Университй оф Ележтрониж Сжиенже анд Тежхнологй оф Жхина, Жхенгду, Чин.

DOI:10.2139/ssrn.7202166

Ресмî жарыялоо платформасы: SSRN.

Ресмî изилдөө шилтемесы:SSRN изилдөө сайфасы

Йайын тарихи: 29 Теммуз 2026.

Йайын йылы: 2026.

Дерги: Бу үйүрм үчүн белирли бир хакемли журнал ады вейа кабул билгиси йер алмамактадыр.

Йайыневи: Хакемли журнал басмакана ырасталган эмес. Метинде “Препринт субмиттед то Елсевиер” ифадеси булунмакта, бирок белирли бир Елсевиер журналси белиртилмемектедир.

Ширетүү түрү: Камуйа ачык маалымат күмелери үстүндө эксперименттик машиналык үйрөнүү ве салыштыруулы модель баалооси ичерен препринт изилдөө макалеси.

Хакемлик дуруму: Бул изилдөө рецензиядан өтпөгөн препринт; табылгалар бу чектелгенлык көңүл бурууе алынарак окунмалыдыр.

Финансман: Финансман билгиси бу үйүрмде йер алмамактадыр.

Чыкар чатышмасы: Чыкар чатышмасы бейаны бу үйүрмде йер алмамактадыр.

Вери еришими: DeepShip ве ShipsEar ачык маалымат күмелери колдонулган; бирок изилдөөнүн егитилмиш модель торырлыклары, булак коду ве тажрыйба чыкты досйалары үчүн шилтеме маалыматлмемиштир.

Бу Түркче ачыклама; йүкленен 25 сайфалык изилдөөнүн метни, теңдемелери, модель шемалары, маалымат таблицалары, өндүрүмдүүлүк графиклери, абляция натыйжалары, ызы-чуу тажрыйбалари, карышыклык матрислери, t-SNE дторылымлары ве Grad-CAM карталары инжеленерек даярдалган. Изилдөөдө булунмайан билимсел натыйжалар екленмемиштир. Дыш ширетүү контролү йалнызжа DOI, SSRN кайыт тарихи ве жарыялоо дуруму гиби библийографик билгмененрин догруланмасы амажыйла түзүмлмыштыр.

Изилдөөнүн пайдубал сыныры, “герчек заманлы ве энергия кжылуулуктлы платформалара уйгунлук” иддиасынын параметре ве FLOP хесапларына дайанмасыдыр. Герчек бир гөмүлү системаде гежикме, эс, энергия керектөөсү вейа дениз ылайыкви өндүрүмдүүлүкы өлчүлмемиштир. Ошондой эле бторымсыз тажрыйба текрарлары ве истатистиксел ишеним аралыклары маалыматлмедигинден кичинекей тактык фаркларынын туруктуулыгы догруланамамактадыр.