[发明专利]一种海洋牧场声学监测系统和方法

权利要求书

1.一种海洋牧场声学监测系统，其特征在于，所述系统包含：若干监测节点和 数据处理模块；

所述监测节点包含：换能器、收发控制单元及传感器；

所述换能器，用于接收海洋牧场中海洋生物的回波信号，并将回波信号传输至 数据处理模块；

传感器，用于获取海洋牧场环境信息，并将海洋牧场环境信息传输至数据处理 模块；其中所述海洋牧场环境信息包含：温度、盐度及海水营养成分；

收发控制单元，用于根据声学参数产生声波脉冲信号，并采用声波脉冲信号激 励所述换能器将声波脉冲信号辐射至牧场水体中，同时接收海洋牧场中海洋生物的 回波信号，并剔除回波信号中的噪声；

所述数据处理模块：用于将各个监测节点上传的数据进行处理和信息融合，并 通过统计和分析处理，以实时得到海洋牧场中海洋生物的活动情况、密度和生物资 源量信息；

其中，将所述监测节点放置在海洋浮标上，且监测节点包含的换能器波束向下 照射；或将所述监测节点放置在水底，且监测节点包含的换能器波束向上照射；

当换能器安装在浮标上时，所述换能器与浮标之间采用柔性连接，同时换能器 安装在重物上；

换能器至少发射一种声脉冲信号到海洋牧场水体中，且换能器有一定的圆锥开 角，开角范围为5～10°。

2.根据权利要求1所述的海洋牧场声学监测系统，其特征在于，所述收发控制 单元进一步包括：信号发射子单元、信号接收子单元、控制子单元、预处理子单元 和第一无线通信子单元；

所述信号发射子单元能够产生至少一种声波脉冲信号，并激发换能器将声波信 号发射到水中；

所述信号接收子单元能够接收海洋牧场水体中海洋生物产生的回波信号；

所述预处理子单元，用于对回波信号进行采集、混频、滤波和降噪的预处理；

所述第一无线通信子单元，用于将预处理后的信号传输至数据处理模块；

所述控制子单元，用于接收数据处理模块的控制信号或控制参数，并基于控制 信号和控制参数控制信号发射子单元和信号接收子单元的参数，且信号发射子单元 的参数包含：信号频率、信号脉宽、信号发射周期。

3.根据权利要求1所述的海洋牧场声学监测系统，其特征在于，所述监测节点 还包含：

第二无线通信模块，用于使监测节点与远程计算机端进行数据交换，支持透明 数据通道和协议解析模式，进而实现远程、无线和网络化的通信方式。

4.根据权利要求1所述的海洋牧场声学监测系统，其特征在于，所述数据处理 模块进一步包含：

接收子模块，用于接收每个监测节点获取的回波信号及海洋环境信息，并对回 波信号进行检测和海洋环境信息数据融合预处理，再将预处理后的信息传输到数据 处理子模块；

数据处理子模块，用于基于鱼群生物量的估计算法和信号衰减校准算法，并通 过测量鱼体或者其他海洋生物体的目标强度进而估计单体鱼的大小。

5.根据权利要求1所述的海洋牧场声学监测系统，其特征在于，所述监测节点 安装在浮标载体平台上，所述浮标载体平台包括供电装置、浮体及相关连接部件；

其中，所述供电装置为：太阳能供电系统或者蓄电池；所述收发控制单元位于 浮标载体平台的箱体内部位置且由供电装置供电，所述浮标载体平台通过柔性部件 携带所述换能器。

6.一种海洋牧场声学监测方法，所述方法包含：

步骤101)产生至少一种声脉冲信号，通过换能器将产生的声脉冲信号发射到海 洋牧场的水体中，并接收海洋牧场水体中鱼群及其他生物资源的回波信号；

获取海洋牧场信息，其中所述海洋牧场信息包含：温度、盐度及海水养成分营；

步骤102)将得到的回波信号和海洋牧场信息进行处理和信息融合，并通过统计 和分析处理，以实时得到海洋牧场中鱼的活动情况、密度和生物资源量信息。

7.根据权利要求7所述的海洋牧场声学监测方法，其特征在于，所述步骤102) 进一步包含：

步骤102-1)剔除回波信号中包含的干扰和混响；

步骤102-1)测量单体鱼的散射截面积α，利用目标强度与鱼体长度的关系估计 出鱼体的大小尺寸；

步骤102-2)基于鱼体的大小尺寸估计海洋牧场中鱼群密度和密度分布进而估计 网箱中鱼群的生物量，其中所述鱼群密度基于回波信号利用回波积分的方法获得。