基于宽频带超声换能器的渔业探测关键技术研究

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1、学校代码：10264研究生学号：M150305560上海海洋大学硕士学位论文题目：基于宽频带超声换能器的渔业探测关键技术研究ResearchonKeyTechniquesofFisheryDetection英文题目：BasedonBroad-bandUltrasonicTransducer专业：海洋科学研究方向：水下信息探测姓名：陈明指导教师：沈蔚教授二〇一八年五月二十四日上海海洋大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的

2、成果。除文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海海洋大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论

3、文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密■学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日上海海洋大学博/硕士学位论文答辩委员会成员名单基于宽频带超声换能器的渔业探测关键技术研究摘要近年来，在渔业水声学领域，宽频带科学探鱼仪已成为一个研究热点，特别是用于水生动物目标的判别，个体大小及生物量的估算中。使用宽频技术，可以得到整个频率带范围内的回波特征，即可以得到目标回波散射的频率谱，极大地增加了信息量，特别是有利于提高目标的判别精度。目前在宽频带换能器的研制已有一定的发展，但十分缺乏宽频带

4、数据的采集及处理软件，因此自主开发基于宽频带换能器的宽带数据采集及处理软件很有必要。本文提出了基于宽频带超声换能器的渔业宽带测量的相关技术，用以采集、记录和分析宽频带超声换能器的宽频带声学数据。本文研究的主要目的是开发基于宽频带超声换能器的渔业宽带测量系统，期望达到宽频带数据的采集与记录，以及对宽频带数据的脉冲压缩处理的功能，并且能从压缩后的宽频带数据中反演出指定频率的回波图像以及体积-后向散射谱并估算目标生物的体长与密度分布。该宽频带测量系统在硬件方面集成了宽频带超声换能器以及PicoScope4262双通

5、道示波器，软件方面主要通过C#编程语言构建基于.NETFramework的应用程序，进行系统UI界面的构建，实现宽频带换能器数据的接收、实时显示和记录功能；利用Matlab编程语言实现脉冲压缩功能，以及对压缩后宽频带声学数据的后处理及分析功能。本文研究的内容是以宽频带换能器为主要设备，以C#编程和Matlab算法为主要方法，分别探讨了宽频带声学数据数据采集、显示和存储系统的说明以及宽频带声学数据的脉冲压缩和压缩后数据的后处理。首先，研究宽频带换能器数据接收仪器来完成数据的显示与记录；其次，根据脉冲压缩的原理，

6、研究宽频带声学数据脉冲压缩的处理方法；最后，研究压缩后宽频带声学数据的后处理方法，进行系统校准、特定频率回波图像和体积-后向散射频率谱的反演、目标生物的密度分布的估算。本文主要的研究成果如下：1．使用C#和Matlab混合编程设计基于宽频带换能器的数据实时显示与采集系统。经过实验室信号发生器及海上实验的数据采集验证，该系统可以有效实现基于宽频带换能器的数据的实时显示及采集和记录功能。而且使用C#和Matlab混合I编程的方法，可以增大运算速度并提高编程效率。系统采集到的宽频带数据以csv文件的格式存储于计算机

7、硬盘之中，可以用于后续进一步的处理与分析。2．根据脉冲压缩技术的原理，利用Matlab编程语言对宽频带数据进行脉冲压缩，之后利用15.9mm标准球的宽频带数据进行脉冲压缩的验证性试验。理论分析和试验结果表明，脉冲压缩技术可以有效地提高宽频带系统的信噪比及其距离分辨率，能够为宽频带数据的后处理奠定基础。3．利用15.9mm的标准球的回波数据对脉冲压缩后的宽频带数据进行了系统校准。之后根据体积-后向散射系数和20-200kHz范围内频率的信噪比大小分布情况，反演了指定频率下的回波图像。之后选择宽频带回波数据中的南

8、极磷虾聚集体作为后处理的感兴趣区并计算其体积-后向散射谱。根据感兴趣区各单元格的体积-后向散射强度推断出探测到的目标生物集群的密度分布情况。关键词：宽频带换能器，宽频带测量系统，脉冲压缩，体积-后向散射系数IIResearchonKeyTechniquesofFisheryDetectionBasedonBroad-bandUltrasonicTransducerABSTRACTInrecentye