We propose and demonstrate a generative deep learning approach for the shape recognition of an arbitrary object from its acoustic scattering properties. The strategy exploits deep neural networks to learn the mapping between the latent space of a two-dimensional acoustic object and the far-field scattering amplitudes. A neural network is designed as an Adversarial autoencoder and trained via unsupervised learning to determine the latent space of the acoustic object. Important structural features of the object are embedded in lower-dimensional latent space which supports the modeling of a shape generator and accelerates the learning in the inverse design process.The proposed inverse design uses the variational inference approach with encoder and decoder-like architecture where the decoder is composed of two pretrained neural networks, the generator and the forward model. The data-driven framework finds an accurate solution to the ill-posed inverse scattering problem, where non-unique solution space is overcome by the multifrequency phaseless far-field patterns. This inverse method is a powerful design tool that does not require complex analytical calculation and opens up new avenues for practical realization, automatic recognition of arbitrary shaped submarines or large fish, and other underwater applications.


翻译:战略利用深神经网络来学习二维声学天体和远野散射振幅之间的潜在空间绘图; 神经网络设计为自动自动读数器,通过未经监督的学习进行训练,以确定声学天体的潜伏空间; 该天体的重要结构特征嵌入于支持形状生成器建模和加速反向设计过程学习的低维潜层空间中。 提议的反向设计使用变异推法, 以编码器和类似解码器的建筑进行变异推导, 解码器由两个预设的神经网络组成: 生成器和前方模型。 数据驱动框架为反向散射问题找到一个准确的解决方案, 反向偏向的分散空间被多频级无远方模式所克服。 这种反向方法是一种强大的设计工具,不需要复杂的分析计算, 并为实际实现、 自动识别、 任意形成的海底或大型海底应用开辟新的途径。

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