[发明专利]用于自动探测海洋动物的方法和装置

说明书

技术领域

本发明的领域是信号处理和水下声学。

更确切地说，本发明涉及一种用于自动探测海洋动物的技术，即，允许使用PAD（“被动声音探测”）系统从海洋动物的声发射探测中探测出是否存在海洋动物的技术。

本发明可以尤其，但非排他地，适用于探测是否存在海洋哺乳动物，包括鲸目动物（须鲸亚目和齿鲸亚目）。

对于海洋哺乳动物，发声分为两类：通信信号（调频信号、哨声）以及用于感知它们所处环境的信号（脉冲、咔嗒声）。例如，鲸目动物的所有发声包括：须鲸亚目的极低频发射、齿鲸亚目的中频发射（哨声）以及齿鲸亚目的高频发射（咔嗒声）。

应注意，如果PAD系统允许监听和探测生物来源的信号，那么所述PAD系统也可以监听和探测由其他活动产生的任何声音分布天电干扰。

已确定本发明的应用非常广泛，从想要拥有观察海洋动物的工具的海洋生态学领域的科学家到希望限制其活动（捕鱼活动、发射声呐的军事活动、用于分析海床的地球物理数据采集（例如，使用地震勘探法的石油勘探工程）等）对海洋动物产生的负面相互作用的海洋世界工作者。

背景技术

对应于强烈的需求并且得到活跃的科学界支持，已提出多种算法解决方案用于探测海洋动物。

自2003年以来举行的一系列专题研讨会呼应了此动态：

●特刊“使用被动声学对海洋哺乳动物进行探测和定位（Detection and localization of marine mammals using passive acoustics）”，加拿大声学（Canadian Acoustics），2004年第32卷。

●特刊“使用被动声学对海洋哺乳动物进行探测和定位（Detection and localization of marine mammals using passive acoustics）”，应用声学（Applied Acoustics），2006年第67卷。

●特刊“使用被动声学对海洋哺乳动物进行探测和分类（Detection and classification of marine mammals using passive acoustics）”，加拿大声学（Canadian Acoustics），2008年第36卷。

●特刊“使用被动声学监测对海洋哺乳动物进行探测、分类、定位和普查（Detection,classification,localization and census of marine mammals with passive acoustics monitoring）”，应用声学（Applied Acoustics），2010年第71卷。

通过这四个参考文献，可以确定用于探测咔嗒声的算法解决方案：

a）使用能量描述符的经典解决方案：W.Mr.X.基默（W.Mr.X.Zimmer）、J.霍伍德（J.Harwood）、P.L.泰克（P.L.Tyack）、P.约翰逊（P.Johnson）以及P.T.麦德森（P.T.Madsen），“深潜喙鲸的被动声学探测（Passive acoustic detection of deep-diving beaked whales）”，美国声学学会杂志（The Journal of the Acoustical Society of America），2008年，第124卷第2823至2832页。

b）使用Teager描述符的原始解决方案：V.坎迪亚（V.Kandia）和Y.斯蒂利亚诺（Y.Stylianou），“基于Teager-Kaiser能量算子探测巨头鲸的咔嗒声（Detection of sperm whale clicks based On The Teager-Kaiser energy operator）”，应用声学（Applied Acoustic），2006年，第67卷第1144至1163页。

c）使用峰态描述符的原始解决方案：C.杰瓦伊斯（C.Gervaise）、A.巴拉祖蒂（A.Barazzutti）、S.比松（Busson）、Y.西马德（Y.Simard）以及N.罗伊（N.Roy），“在弱信噪比下对基于动物声学脉冲的峰态的自动探测（Automatic detection of Bioacoustics impulses based kurtosis under weak signal to noise ratio）”，应用声学（Applied Acoustics），2010年，第71卷第1020至1026页。