[发明专利]一种网箱养殖生物量监测声学系统与方法

权利要求书

1.一种用于网箱养殖生物量监测的声学系统，其特征在于，包括： 

水声换能器； 

收发控制装置，该收发控制装置产生至少一种声脉冲信号，通过水声换能器发射到网箱的水体中，并接收网箱中养殖生物的回波信号； 

数据处理设备，用于对网箱中的养殖生物的回波信号进行分析、处理和显示。 

2.根据权利要求1所述的用于网箱养殖生物量监测的声学系统，其特征在于，所述系统还包括： 

自由测量平台，其位于于养殖网箱上部水面，水声换能器通过一万向悬挂装置设置在自由测量平台上，该万向悬挂装置使得水声换能器保持稳定，自由测量平台能够使水声换能器在网箱上部水面实现水平移动和与水平移动方向垂直的平面内的自由转动；上述与水平移动方向垂直的平面内的自由转动使水声换能器的照射波束能够在垂直于移动方向的平面内旋转，使得照射波束照射到网箱的整个截面，水声换能器通过水平移动和与水平移动方向垂直的平面内的自由转动，使照射波束照射到网箱中的任何位置。 

3.根据权利要求2所述的用于网箱养殖生物量监测的声学系统，其特征在于，所述系统还包括： 

无线/有线通信设备，用于实现数据处理设备和收发控制装置之间的数据传输； 

温度传感器，用于测量网箱的温度； 

方向传感器，用于检测水声换能器波束方向和位置； 

其中，所述温度传感器和方向传感器获得的数据信息通过标准的以太网接口传输到数据处理设备，数据处理设备通过处理传感器数据和回波信号获得评 估和监测数据，并根据方向传感器检测到的水声换能器的波束方向和位置，向收发控制装置发送控制信息，以矫正水声换能器发射声波的偏差。 

4.根据权利要求3所述的用于网箱养殖生物量监测的声学系统，其特征在于：所述收发控制装置包括控制接口、收发转换电路、信号发射电路、信号接收电路、控制电路和预处理模块，其中： 

信号发射电路包括信号驱动电路、信号功放电路、信号匹配电路，声学信号经过上述电路后生成声波脉冲信号，通过收发转换电路施加到水声换能器； 

信号接收电路包括前级放大电路、动态调节电路、二级放大电路、滤波器、A/D采样电路，水声换能器接收的回波信号经过收发转换、前级放大、动态调节、二级放大和滤波后，再经AD采样传送至预处理模块； 

控制电路，其通过控制接口从无线/有线通信设备接收平台控制信号和声学参数，以控制自由测量平台的水平移动和自由转动，并根据上述声学参数对信号发射电路进行参数调整，以获得声波脉冲信号； 

预处理模块，其用于对接收的回波信号的进行预处理，并将预处理后的数据通过控制接口传送给数据处理设备。 

5.根据权利要求1-4任意一项所述的系统，其特征在于：收发控制装置与水声换能器通过电缆相连接，该收发控制装置放置在网箱的边缘，或者与自由测量平台一体设置。 

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：水声换能器安装于网箱上部水面、网箱的底部或网箱中部的水域。 

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述平台控制信号包括移动速度信号、移动方向信号、扫描断面信号。 

8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述声学参数包括工作频率、信 号类型、脉冲宽度。 

9.一种网箱养殖生物量监测方法，该方法利用了如权利要求3-5、7-8中任意一项所述的用于网箱养殖生物量监测的声学系统，其特征在于，该方法包括如下步骤： 

步骤一：通过数据处理设备分别向收发控制装置和自由测量平台发出控制指令，开启水声换能器并发出照射波束，使自由测量平台带动水声换能器进行水平移动以及与水平移动方向垂直的平面内的自由转动； 

步骤二：收发控制装置接收回波信号并进行初步处理，将初步处理后的回波信号通过控制接口传送给数据处理设备； 

步骤三：数据处理设备处理回波信号，进一步包括下列步骤： 

（1）通过回波信号体现出的目标强度与生物体长度的关系估计出生物体的大小尺寸； 

（2）通过回波信号体现出的网箱中生物群密度和密度分布来估计网箱中生物群的生物量； 

（3）根据网箱校准的数据剔除网箱结构产生的干扰信号，保证对网箱中生物群大小、总量的估计的准确性； 

步骤四：数据处理设备根据方向传感器检测到的水声换能器的波束方向和位置，向收发控制装置发送控制信息，矫正水声换能器发射声波的偏差，以获得网箱内生物群的准确回波信息； 

步骤五：数据处理设备根据温度传感器获得的温度数据以及回波信号，生成数据处理报告并显示给用户，并将数据处理报告存储成文件。