[发明专利]一种海洋牧场用鱼类资源声学评估方法

说明书

本发明公开了一种海洋牧场用鱼类资源声学评估方法，在获取水声信号的基础上，该方法按不同时间、不同区域将目标探测深度范围均匀划分为若干微元，分别计算每个微元中回波信号的一阶矩和二阶矩，以大数定理为基础构建回波信号一阶矩、二阶矩与微元内散射元个数间关系式，从而实现对海洋牧场鱼类资源增殖情况的声学监测评估。本发明考虑个体鱼回波信号重叠、目标强度先验信息未知情况，通过提取回波信号一阶矩和二阶矩特征参数获得鱼类资源时空分布及其变化信息，实现海洋牧场中鱼类资源增殖情况的声学监测评估。

技术领域

本发明涉及声学监测评估领域，尤其是一种海洋牧场用鱼类资源声学评估方法。

背景技术

海洋生物资源是海洋资源的重要组成部分，长期的过度捕捞和产卵场破坏导致许多海域的渔业资源遭到了严重破坏。海洋牧场是传统捕捞和养殖方式向增殖和管理利用方式转变的现代渔业形式，作为修复和保护海洋生态的一个重要措施，在国际上已经得到了广泛的推广应用。科学、准确地监测海洋牧场区域的生物资源状况对于评价海洋牧场建设的效果和生态效应具有重要意义。

相比于传统拖网采样方法，声学评估方法的优势在于不危害生物资源、可持续观测、探测范围广。目前应用最广泛的声学评估技术是回波计数法和回波积分法，回波计数法仅适用于鱼群分布稀疏、个体鱼回波不重叠的情况，回波积分法需要个体鱼平均目标强度的先验信息，上述两种方法只能粗略估计鱼群数量，误差大。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种海洋牧场用鱼类资源声学评估方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种海洋牧场用鱼类资源声学评估方法，包括如下步骤：

步骤1，获取数据：通过声呐实时向海中发射声波并获取数据，定义水中的声速、信号脉宽、声呐波束立体角、采样频率，通过观察声图确定鱼群活动深度范围，提取不同时刻鱼群活动范围内的回波信号；

步骤2，数据平滑预处理：把步骤1采集的数据以200组为一帧，对每帧数据中的数据点进行双线性插值，对所有组数据进行循环处理；

步骤3，数据预处理：将步骤2处理后的回波信号进行带通滤波，定义一个微元的厚度，将采集到的每个信号在目标深度区间划分为若干微元；

步骤4，提取信号特征：从所有采集数据中按走时区间提取数据计算单个微元的平均一阶矩、二阶矩；

步骤5，目标区域鱼类资源计算：将步骤4中求得的一阶矩和二阶矩计算不同时间、不同区域采集的每帧数据单个微元中包含的个体鱼数量及鱼的平均密度。

上述的一种海洋牧场用鱼类资源声学评估方法，所述步骤1中声呐采集数据前按照国际通用的标准目标方法对声呐进行校正。

上述的一种海洋牧场用鱼类资源声学评估方法，所述步骤3中，定义一个微元的厚度为一个脉宽对应的距离。

上述的一种海洋牧场用鱼类资源声学评估方法，所述步骤4中单个微元一阶矩I和二阶矩I²的计算公式分别为：

I＝Ne²

I²＝Ne⁴+2e²²N(N-1)

其中，N为单个微元内鱼的数量，e为单个微元内所有鱼贡献回波相同时个体鱼所贡献的回波幅度。

上述的一种海洋牧场用鱼类资源声学评估方法，所述步骤5中单个微元中包含个体鱼的数量计算公式为：

其中，N表示单个微元内鱼的数量，I²表示单个微元回波信号强度的二阶矩，I表示单个微元回波信号强度的一阶矩，e为单个微元内所有鱼贡献回波相同时个体鱼所贡献的回波幅度。