[发明专利]一种基于鲸豚类低频水声信号的实时在线识别分类系统

说明书

本发明公开了一种基于鲸豚类低频水声信号的实时在线识别分类系统，包括信号采集、微处理器、无线传输、终端显示模块。本发明将水声信号通过降脉冲干扰权重函数、信号三维声谱图转换、频率和时间维度迭代降噪、三维声谱图阈值过滤、基频轮廓构建、基频抗混叠处理、谐波信号提取得到独立三维水声时频域信号的基频以及谐波信号；通过参数提取并结合信号分类模型得到各个三维时频域信号基频的频率、定量、时间参数和对应的声谱类型及谐波的谐波参数。通过三类参数获取方式构建鲸豚类型比对数据集，将确定声谱类型后的三维水声时频域信号的基频和谐波参数和比对数据集在相应声谱类型的基频和谐波参数的分布范围进行比对，识别目标鲸豚类型。

技术领域

本发明涉及野生动物保护技术领域，具体是一种基于鲸豚类低频水声信号的实时在线识别分类系统。

背景技术

在我国，所有的齿鲸类的保护等级都不低于国家二级。同时大多数鲸类都分布在淡水河流生态系统或者河口及海洋近岸浅水区域。例如我国的国家二级保护动物-长江江豚仅生活在长江中下游干流和鄱阳湖以及洞庭湖中，我国的国家一级保护动物-中华白海豚在我国仅分布在河口和近岸水域。而这些淡水水域和海洋近岸水域的人类活动，例如渔业活动、航运交通和涉水工程都非常活跃，相关活动对鲸类的威胁不容乐观。

鲸类在长期的进化过程中发展并完善了自身的声呐系统。鲸类的声呐信号可分为用于探测用的高频回声定位信号以及主要是用于个体间交流和情感表达的通讯信号。鲸类的高频声呐信号的峰值频率通常会超过100kHz，同时声呐信号自身的指向性较强，具体而言，其主轴上记录的声呐信号通常比非主轴上记录到的声信号要高几十分贝。同时高频声呐信号在水体传播过程中所面临的声学衰减是非常严重的，研究人员对高频声呐信号的监测距离通常在几十米到几百米之间。与之相反，低频通讯信号的频率通常在几十赫兹到几十千赫兹之间，此外，通讯信号的指向性较低，同时通讯信号在水体中传播所遭受的声学衰减较低，研究人员对鲸类低频通讯信号的监测范围通常能达到数千米，甚至能在几十千米外的水体接收到须鲸的通讯信号。此外由于高频声呐信号的高频特征，相应的对用来对其进行有效监测的声学录音设备的性能，例如监测仪器的数据处理模块、模数转换性能、采样率以及内存都要求较高，而在低频通讯信号的监测中，对声学设备在相关性能上的要求没有这么高。可见，相比较于鲸类的高频声呐信号而言，鲸类的低频通讯信号更适合用于对鲸类在特定水域的栖息地活动规律进行监测。

然而基于传统的声学监测手段获得的鲸类监测结果在时间上都存在或多或少的滞后性，例如野外长期定点声学监测，通常会将自容式的声学记录仪布设在野外进行持续监测，经过一段时间后，再将录音设备回收并将数据导入电脑，然后对下载后的声学数据进行分析并获得鲸类的声呐活动规律，即便是短期移动声学考察，通常也存在信号记录和信号分析相独立的情况，即信号分析通常会在野外信号记录结束并将数据带回实验室后才进行。此外鲸类通讯信号的传统监测方法是通过人工监听声音文件或者目视检查声音信号的声谱图进行手动识别。而对于大数据，尤其是对于那种持续不间断的监测模式而言，信号的人工挑选就变得不契实际。研发高效的鲸类通讯信号自动识别算法并实现对鲸类声呐信号进行自动识别的需求就变得十分迫切。

绝大多数鲸类物种的保护程度都不容乐观，如何及时有效的对这些鲸类物种进行实时监测并根据回传的实时预警信息对相应水域的人类活动的范围和程度做出及时的调整来降低人类活动对鲸类的潜在影响就变得十分重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于鲸豚类低频水声信号的实时在线识别分类系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明装置的技术方案为一种基于鲸豚类低频水声信号的实时在线识别分类装置，其特征在于，包括：水听器、滤波器、放大器、信号采集卡、微处理器、无线传输模块、终端显示模块；

所述的水听器、滤波器、放大器、信号采集卡、微处理器、无线传输模块通过有线方式依次串联连接；所述无线传输模块与所述终端显示模块通过无线方式连接；