[发明专利]一种基于声学监测自动按需投放鱼饵的方法

权利要求书

1.一种基于声学监测自动按需投放鱼饵的方法，其特征在于所述方法具体步骤如下：

1)水下声监测

在鱼饵出口侧方布设无指向性的水听器，对环境声信号进行实时监测；

2)背景噪声和进食特征信号的阈值检测

水听器连接一个数据处理模块和短时数据存储模块；水听器采集的信号进入数据处理模块，获得背景噪声能级以及进食特征信号能级，处理结果保存在存储模块中，用于进行背景噪声和进食特征信号的阈值检测；

所述背景噪声的阈值检测的具体步骤如下：

(1)计算背景噪声的声压级

将采集到的噪声数据以每5分钟为单位分段，分段后的数据使用FFT方法做功率谱分析；谱分析时，应把数据再细分为多段，然后对多段数据分别做FFT，保证FFT的频率分辨率小于1Hz；对每段数据应进行加窗处理；多段数据之间进行功率谱平均，获得该时间段的背景噪声的功率谱，进而获得该时间段背景噪声的声压级；具体步骤为：

设t_i时刻接收器收到的海洋环境噪声信号p_n(t_i)，对p_n(t_i)做傅里叶变换：

P_n(f_i)＝FFT(p_n(t_i))，其中f_i＝if_s/N,i＝1,2,...,N；f_s为采样频率，N为FFT的点数；

以f₀为中心频率，其中f₀＜f_s/2，在一定带宽范围内Δf＝f_b-f_a，f_a≤f₀≤f_b，进行求和平均，获得背景噪声的强度：

其中i_a＝Nf_a/f_s,i_b＝Nf_b/f_s；

对一定时间内的噪声强度进行平均，

背景噪声的声压级L_pf＝10log₁₀(I/I₀)，I₀为参考声强；

遵循ANSI标准的S1.6-1984中通讯频率三分之一倍频程的划分标准，选取合适的f_a和f_b，分析背景噪声声压级；

将计算得到的背景噪声声压级存储进存储模块；

(2)设置背景噪声的阈值

在鱼类进食欲望强烈时，对应背景噪声的声压级较高；背景噪声的声压级降低，意味着进食的需求降低；不需要进食时，背景噪声的声压级回复到正常状态；

根据存储模块中的背景噪声的声压级，每半小时进行平均，获得平均背景噪声的声压级A；实时获取存储的背景噪声的声压级的最大值B,阈值选取为T＝A+1/3*(B-A)；

(3)对背景噪声进行阈值检测

在背景噪声的实时声压级L_pf低于阈值T时，flag_n设为0；当背景噪声高于阈值时，flag_n设为1，富余量N＝L_pf-T；

所述进食特征信号的阈值检测方法：

在鱼类进食欲望强烈时，进食特征信号声压谱级也较高；进食特征信号声压谱级降低，意味着进食的需求降低；不需要进食时，进食特征信号声压谱级回复到正常状态；

(1)计算进食特征信号的声压谱级

进食特征信号有特定的频段，计算该频段内的进食特征信号的声压谱级，获得进食特征信号的声压谱级,具体步骤如下：

按照公式(1)计算以f₁为中心频率，其中f₁＜f_s/2，在一定带宽范围内Δf′＝f′_b-f′_a的信号强度I′_n，f′_a≤f₁≤f′_b，对一定时间内的信号强度进行平均，

进食特征信号的声压谱级L_ps＝10log₁₀(I′/I₀)-10log₁₀(Δf′)，I₀为参考声强；

选取合适的f′_a和f′_b，分析进食特征信号的声压谱级；将计算得到的进食特征信号声压谱级存储进存储模块；

(2)设置进食特征信号声压谱级的阈值

根据存储模块中的进食特征信号的声压谱级，每半小时进行平均，获得平均进食特征信号的声压谱级As；实时获取存储的进食特征信号的声压谱级的最大值Bs；阈值选取为Ts＝As+3；

(3)对进食特征信号进行阈值检测

a、当瞬时进食特征信号声压谱级L_psTs时，flag_s设为0；

b、当瞬时进食特征信号声压谱级L_psTs时，flag_s设为1，富余量Ns＝L_ps-Ts；

3)投喂控制

根据背景噪声高出阈值的量值以及进食特征信号的能量值，输出鱼饵投喂的控制信号nc，nc＝0～nc_m，数值对应鱼饵投喂开关的开合大小，0为全闭合，nc_m为全开放；nc_m根据需要进行设置；

投喂开始时，nc＝nc_m；下式中的[]为取整操作；

1)当flag_s＝0，flag_n＝0时，nc＝0；

2)当flag_s＝0，flag_n＝1时，nc＝[N/(B-T)*nc_m]；

3)当flag_s＝1，flag_n＝0时，nc＝[Ns/(Bs-Ts)*nc_m]；

4)当flag_s＝1，flag_n＝1时，nc取[Ns/(Bs-Ts)*nc_m]和[N/(B-T)*nc_m]二者的最大值。