CN104808212A - 一种参量阵远程探鱼系统 - Google Patents

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Abstract

一种参量阵远程探鱼系统，包括：声参量阵子系统、接收换能器、控制/显示模块、电源几部分。本发明利用声参量阵子系统产生高指向性低频声波束，接收鱼群的反射回波，根据反射回波的特性及鱼群发出的声波来判定鱼群的方位、分布形状及规模、鱼群种类，并以图像及文字的方式动态显示鱼群信号。本发明的优点在于既克服了传统超声波探鱼系统探测距离近的缺点，同时还规避了低频声波探鱼系统易受混响干扰，浅水探测效果差的问题，具有探测距离远、探测精度高，以及良好的鱼群方位、分布形状、规模大小及种群判定能力。

Description

一种参量阵远程探鱼系统
技术领域
本发明涉及一种探鱼系统，特别是一种基于参量阵的远程探鱼系统。
背景技术
中国渔业经过了改革开放以来的高速发展期和近年来的调整整顿，步入了一个持续、稳定、健康的状态。近年来，随着沿海渔业资源的减少，导致出海捕鱼成本急剧升高，急需高科技设备提高捕鱼的成功率。
声波探鱼器是一种通过声波回声原理探测鱼群的仪器，对于提高出海捕鱼的成功率具有十分重要的意义。它的信号源可发射出声波，并在水中受鱼群等的阻碍产生回声，根据发射脉冲和接收回波脉冲间的时间间隔可计算出鱼群所处深度，计算出的鱼群方位，并通过显示屏进行动态显示。传统的声波探鱼仪器一般采用单频或双频超声信号探测鱼群，但由于超声波在水中衰减很快，其探测距离受到较大限制，而采用低频声波时，其指向性较差，能量发散，同样面临探测距离受限，且其在水面与海床间的反复反射会导致混响，严重干扰探鱼效果，这点在浅水区域尤其明显。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于声参量阵原理，通过参量阵产生的低频定向声波束实现远距离鱼群探测的远程探鱼系统，以解决超声波探鱼系统探测距离近，低频声波探鱼系统易受混响干扰的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案加以实现的：一种参量阵远程探鱼系统，包括：
声参量阵子系统，用以产生高指向性低频声波束，包括：声源，产生探鱼低频电信号；信号处理电路，对声源传来的低频电信号进行幅度调制以产生含低频电信息的高频已调信号，并通过信号处理算法实现信号失真预处理；功率放大器，用以对高频已调信号进行功率放大；发射换能器，用以将高频已调信号发射至水中产生超声波信号，并利用超声波信号在水中的非线性传播效应产生具有高指向性的低频定向声波束；
接收换能器，用以接收由于鱼群反射产生的低频回波，并将该回波送至声参量阵子系统中的信号处理电路中，由该电路调用探鱼算法计算鱼群的方位、分布形状、规模，并进行种群判定；
控制/显示模块，对参量阵远程探鱼系统进行探鱼方向控制，并以图像及文字信息显示鱼群的方位、分布形状、规模及种群等信息；
电源，用以为参量阵远程探鱼系统提供电能。
本发明利用了声参量阵可以产生高指向性低频声波束的特性，使得参量阵远程探鱼系统一方面可以解决传统超声波探鱼系统由于超声波衰减快导致其探测距离近的难题；另一方面，与传统低频探鱼器相比，参量阵远程探鱼系统产生的低频定向声波束具有很强的指向性，可十分有效地降低浅水环境中的多途干扰问题，大幅提升在浅水环境中的鱼群探测能力。
本发明中参量阵产生的高指向性低频声波束，可以根据其指向方位精确地定位鱼群方向，从而大幅提高探鱼的方位精度。与此同时，通过参量阵远程探鱼系统在机械偏转角度内回波情况可以确定鱼群的规模，并通过鱼群的叫声、回波特性等，由参量阵远程探鱼系统中的信号处理电路判断出鱼群种类的信息。
本发明的优点在于既克服了传统超声波探鱼系统探测距离近的缺点，同时还规避了低频声波探鱼系统易受混响干扰，浅水探测效果差的问题，具有探测距离远、探测精度高，以及良好的鱼群方位、分布形状、规模大小及种群判定能力。
附图说明
图1示出了参量阵远程探鱼系统原理图。
图2示出了参量阵远程探鱼系统硬件结构。
图3示出了参量阵远程探鱼系统换能器结构。
图4示出了参量阵远程探鱼系统信号处理流程。
具体实施方式
图1示出了参量阵远程探鱼系统的工作原理。参量阵远程探鱼系统1安装于水下转台2之上；水下转台2安装于固定杆3之上；固定杆3安装于渔船4之上。参量阵远程探鱼系统1首先向水中发射高频已调声波束，并通过该声波束在水中传播的非线性效应产生低频定向声波束5。低频定向声波束5在遇到鱼群或海床后产生回波6。参量阵远程探鱼系统1通过对回波6进行分析，根据海床回波反射与鱼群回波反射的不同特征区分鱼群与海床。由于参量阵远程探鱼系统1发出的低频声波束的角度已知，当有区别于海床的回波返回时，可快速判定鱼群的方向；通过定向声波束5的发出时间及回波6的接收时间准确判定出鱼群所在方向的距离；通过水下转台2的机械旋转，配合在不同角度时的回波6的特征，可以判定鱼群的规模；同时，根据不同种群鱼类的回波特征及其发出的声响特征可以判定鱼群的种类。
图2示出了参量阵远程探鱼系统的硬件结构。参量阵远程探鱼系统的核心部分为声参量阵子系统。该系统首先由声源产生用于鱼群探测的低频调制信号，典型的低频调制信号频率为500Hz～18kHz，根据指向性要求选择，指向性要求高则频率可适当选择高一些。该低频调制信号通过信号处理电路实现与高频载波的幅度调制及信号失真预处理，得到高频已调信号。高频已调信号经发射换能器发射到水中产生高频定向声波束。该高频定向声波束在水中的传播过程中会自解调出高指向性的低频声波束。该低频声波束在遇到鱼群后将产生回波信号，并由接收换能器接收送至声参量阵子系统中的信号处理电路进行处理。信号处理电路调用回波信号处理算法，根据当前参量阵远程探鱼系统指向的方位判定鱼群方位，根据回波的返回时间判定鱼群的距离，根据回波的信号强度判定鱼群的规模，根据参量阵远程探鱼系统动态角度偏转时获得的不同角度的回波信号特征判定鱼群的分布形状，并根据不同种类鱼群回波特征判定鱼群的种类。当信号处理电路判定出鱼群的方位、距离、规模、分布形状、种类等信息后将以图像和文字的方式在控制/显示模块上显示出来。渔船控制人员可操作控制/显示模块中的控制器件实现参量阵远程探鱼系统的机械偏转。参量阵远程探鱼系统可由渔船供电，也可由自身带的蓄电池等电源供电。
图3示出了参量阵远程探鱼系统换能器结构。参量阵远程探鱼系统换能器7由发射换能器8及接收换能器9组成。发射换能器8由多个高频发射换能器组成阵列，均匀分布于平面内，并确保阵元间的距离保持一致。接收换能器9由1个低频换能器构成，接收500Hz～18kHz的回波信号，同时也接收鱼群发出的声波信号。
图4示出了参量阵远程探鱼系统信号处理流程。参量阵远程探鱼系统启动后将首先调用初始化程序对系统软硬件进行初始化，使系统工作于既定的软硬件状态下。系统初始化完成后，将读取控制/显示模块中的控制方向信息，并通过控制水下转台2将参量阵远程探鱼系统对准既定控制方向。接下来，将由声参量阵子系统产生高频已调信号，并通过其发射换能器发射到水中产生低频定向声波束。此时信号处理系统自动切换到接收模式，由接收换能器接收回波信号。当检测到回波信号后，将首先调用方位判定程序，根据鱼目标强度及水底回声目标强度，以及KRM(kirchhoff ray mode)鱼体反射模型等区分鱼群反射与海床反射，并根据参量阵远程探鱼系统声波束的指向角度判定鱼群方向，根据回波时间判定鱼群距离。完成鱼群方位判定后，将调用偏转程序，通过水下转台2的机械旋转，对不同角度的回波进行检测，并调用鱼群分布形状算法检测出鱼群的分布形状及规模。接下来，将调用鱼群种类判定算法，根据回波特征及鱼群本身发出的声响判定鱼群的种类。当以上信息判定完成后，将调用鱼群信息显示程序，在控制/显示模块上通过图像及文字信息显示鱼群的方位、分布形状及规模、鱼群种类等信息。在参量阵远程探鱼系统未强制结束时，将反复执行从读取控制信息到显示鱼群信息的循环工作流程。

Claims (6)

1.一种参量阵远程探鱼系统，包括：
声参量阵子系统，用以产生高指向性低频声波束，包括：声源，产生探鱼低频电信号；信号处理电路，对声源传来的低频电信号进行幅度调制以产生含低频电信息的高频已调信号，并通过信号处理算法实现信号失真预处理；功率放大器，用以对高频已调信号进行功率放大；发射换能器，用以将高频已调信号发射至水中产生超声波信号，并利用超声波信号在水中的非线性传播效应产生具有高指向性的低频定向声波束；
接收换能器，用以接收由于鱼群反射产生的低频回波，并将该回波送至声参量阵子系统中的信号处理电路中，由该电路调用探鱼算法计算鱼群的方位、分布形状、规模，并进行种群判定；
控制/显示模块，对参量阵远程探鱼系统进行探鱼方向控制，并以图像及文字信息显示鱼群的方位、分布形状、规模及种群等信息；
电源，用以为参量阵远程探鱼系统提供电能。
2.根据权利要求1所述的参量阵远程探鱼系统，其特征是：所述的参量阵远程探鱼系统(1)安装于水下转台(2)之上；水下转台(2)安装于固定杆(3)之上；固定杆(3)安装于渔船(4)之上。
3.根据权利要求1所述的参量阵远程探鱼系统，其特征是：所述的参量阵远程探鱼系统(1)首先向水中发射高频已调声波束，并通过该声波束在水中传播的非线性效应产生低频定向声波束(5)；低频定向声波束(5)在遇到鱼群或海床后产生回波(6)；参量阵远程探鱼系统(1)通过对回波(6)进行分析，根据海床回波反射与鱼群回波反射的不同特征区分鱼群与海床；参量阵远程探鱼系统(1)根据已知角度的低频声波束快速判定鱼群的方向；通过定向声波束(5)的发出时间及回波(6)的接收时间准确判定出鱼群所在方向的距离；通过水下转台(2)的机械旋转，配合在不同角度时的回波(6)的特征，判定鱼群的规模；同时，根据不同种群鱼类的回波特征及其发出的声响特征可以判定鱼群的种类。
4.根据权利要求1所述的参量阵远程探鱼系统，其特征是：所述的声参量阵子系统首先由声源产生用于鱼群探测的低频调制信号，典型的低频调制信号频率为500Hz～18kHz，根据指向性要求选择，指向性要求高则频率适当选择高一些。
5.根据权利要求1所述的参量阵远程探鱼系统，其特征是：所述的参量阵远程探鱼系统换能器(7)由发射换能器(8)及接收换能器(9)组成；发射换能器(8)由多个高频发射换能器组成阵列，均匀分布于平面内，并确保阵元间的距离保持一致；接收换能器(9)由1个低频换能器构成，接收500Hz～18kHz的回波信号，同时也接收鱼群发出的声波信号。
6.根据权利要求1所述的参量阵远程探鱼系统，其特征是：所述的参量阵远程探鱼系统信号处理流程为：参量阵远程探鱼系统启动后将首先调用初始化程序对系统软硬件进行初始化，使系统工作于既定的软硬件状态下；系统初始化完成后，将读取控制/显示模块中的控制方向信息，并通过控制水下转台(2)将参量阵远程探鱼系统对准既定控制方向；接下来，将由声参量阵子系统产生高频已调信号，并通过其发射换能器发射到水中产生低频定向声波束；此时信号处理系统自动切换到接收模式，由接收换能器接收回波信号；当检测到回波信号后，将首先调用方位判定程序，根据鱼目标强度及水底回声目标强度，以及KRM(kirchhoff raymode)鱼体反射模型等区分鱼群反射与海床反射，并根据参量阵远程探鱼系统声波束的指向角度判定鱼群方向，根据回波时间判定鱼群距离；完成鱼群方位判定后，将调用偏转程序，通过水下转台(2)的机械旋转，对不同角度的回波进行检测，并调用鱼群分布形状算法检测出鱼群的分布形状及规模；接下来，调用鱼群种类判定算法，根据回波特征及鱼群本身发出的声响判定鱼群的种类；当以上信息判定完成后，调用鱼群信息显示程序，在控制/显示模块上通过图像及文字信息显示鱼群的方位、分布形状及规模、鱼群种类等信息；在参量阵远程探鱼系统未强制结束时，将反复执行从读取控制信息到显示鱼群信息的循环工作流程。
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