深水网箱中水声鱼群远程监测系统的研究

论文摘要

随着近海养鱼业的发展,传统网箱养鱼自身存在的缺点也暴露得越来越明显,如产量少、种质差、环境污染严重等。要大力发展可持续的海洋渔业生产,发展抗风浪深水网箱养殖是必由之路。目前,深水网箱养殖正在我国沿海诸省迅速推广应用。在深水网箱养殖中,由于水深和浑浊的海水,肉眼一般观测不到网箱中鱼群的活动及网衣的状态,无法实时发现鱼群是否处于安全状态。所以迫切需要研制深水网箱中的鱼群监测系统,当发现鱼群逃逸时,系统能及时发出报警信号。同时,由于深水网箱往远、深海方向发展以及它在海洋中的推广应用越来越普及,网箱数量增加迅猛的趋势,对它所配套的网箱中水声监测设备的要求已往集成化、智能化和信息化的方向发展。本文在总结深水网箱鱼群监测方法和分析深水网箱鱼群监测难点的基础上进行了深水网箱鱼群远距离监测系统的研究工作。论文介绍了国内外深水网箱监测设备的发展现状,分析了当前国内外深水网箱鱼群监测方法,探讨了在噪声和混响中提取鱼群回波的方法,提出了基于无线模块的深水网箱鱼群远程监测方案,并完成系统的硬软件设计和样机的初步研制。设计的样机可划分为岸站上的控制及显示主机和海上的现场扫描探测系统两部分,海上现场扫描探测系统包括信号的发射、信号接收预处理和数据采集、存储等。海上现场扫描探测系统和岸站上的主机之间通过无线模块进行数据通信:海上现场系统接收并响应主机发送来的命令,岸站上的主机则对海上现场系统进行控制,并集中处理和显示海上扫描探测系统发送来的数据。整套样机系统进行了水池,厦门海域及泉州围头海域的海上现场初步实验。实验结果表明系统的探测盲区约为0.8~1m,系统工作稳定可靠,参数灵活可调,操作简单方便。岸上的控制主机在距离网箱500m以内能实时、可靠地接收到海上监测到的数据并进行显示。本文创新之处在于应用无线数据传输技术实现了海上扫描探测现场系统与控制显示主机之间的有效通信,基于VB软件设计了简洁实用的岸上主机控制界面,从而免去了在海上布置电缆等的麻烦,使整个系统在构成上能分工明确,易于配置和维护,适合于海上工作的环境。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1. 论文的选题背景和研究意义
• 2. 国内外研究发展及现状
• 3. 论文主要研究内容
• 第二章 海洋噪声、混响对水声设备的影响及抗干扰方法
• 1. 海洋噪声
• 1.1 海洋噪声的频谱特性
• 1.2 海洋噪声的统计特性
• 1.3 抑制噪声的方法
• 2. 海洋混响
• 2.1 体积混响
• 2.2 海面混响
• 2.3 海底混响
• 2.4 混响的统计特性
• 2.5 抗混响方法
• 第三章 深水网箱鱼群监测系统的工作原理
• 1. 鱼群和网衣的声学散射特性
• 2. 深水网箱鱼群监测的发射信号设计
• 2.1 工作频率
• 2.2 脉冲宽度
• 2.3 发射脉冲重复周期
• 2.4 发射功率
• 2.5 指向性锐角
• 3. 深水网箱鱼群监测系统的最佳接收
• 3.1 阈值、检测概率和虚警概率
• 3.2 匹配滤波检测目标回波信号
• 3.3 TGC 时间控制增益
• 4. 鱼量统计方法
• 4.1 回波总能量统计法
• 4.2 回波幅度分布概率方法
• 4.3 脉冲宽度分布概率法
• 5. 监测数据传输方式
• 第四章 系统实现方案
• 1. 总体方案
• 2. 发射部分
• 2.1 信号形成电路
• 2.2 功率放大器
• 3. 接收信号预处理
• 3.1 程控前置放大器
• 3.2 带通滤波器
• 3.3 检波电路
• 4. 数据采集与传输
• 4.1 数据采集接口
• 4.2 数据存储与通信接口
• 4.3 单片机程序设计
• 4.4 无线通信协议设计
• 5. 软件操作平台的设计
• 5.1 软件平台开发语言-VB
• 5.2 基于VB 串行通信控制平台
• 5.3 PC 机上定时器的设计
• 5.4 信号处理函数的设计
• 5.5 数值监测和报警系统
• 5.6 基于VB 的数据库的建立
• 第五章 实验结果与分析
• 1. 硬件电路测试
• 2. 水池实验
• 3. 海上现场实验
• 4. 总结与讨论
• 附录
• 参考文献
• 致谢