一种基于齿鲸类高频声呐信号的实时在线监测预警系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于齿鲸类高频声呐信号的实时在线监测预警系统，包括信号采集模块、单脉冲识别模块、脉冲串识别模块、无线发射模块、云端、无线接收模块以及终端，所述信号采集模块由水听器、信号滤波器和信号放大器、数字信号采集卡、存储器以及供电电池等部件组成，所述单脉冲识别模块与所述脉冲串识别模块相结合用以识别鲸类高频声呐信号，本发明专利技术通过实时在线监测系统实现对目标水域的目标鲸类物种进行24/7的全天候实时在线监测，通过结合单脉冲信号的时频特性和脉冲串结构的时频特性来进行甄别，实现了鲸类的声学监测从传统的“录音回放”模式转变为“现场直播”模式，实现对目标检测鲸类的实时监测和预警。

A real-time online monitoring and early warning system based on the high frequency sonar signals of toothed whales

【技术实现步骤摘要】
一种基于齿鲸类高频声呐信号的实时在线监测预警系统
本专利技术涉及野生动物保护
，具体是一种基于齿鲸类高频声呐信号的实时在线监测预警系统。
技术介绍
在我国，所有的齿鲸类的保护等级都不低于国家二级。大多数鲸类的保护现状不容乐观，以目前我国仅存的淡水豚-长江江豚为例，做为国家二级重点保护野生动物，其分布区仅限于长江中下游干流、鄱阳湖和洞庭湖水域，其种群数目前仅剩一千头左右。此外，之前在中国沿海广为分布的国家一级保护动物-中华白海豚目前也面临着栖息地质量快速下降以及种群数快速下降的风险。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，直到记录仪的内存用完或电池耗尽，再将录音设备回收并将数据导入电脑，然后基于对下载后的鲸类声呐信号的监测结果获得鲸类的活动规律，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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于齿鲸类高频声呐信号的实时在线监测预警系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于齿鲸类高频声呐信号的实时在线监测预警系统，包括信号采集模块，还包括单脉冲识别模块、脉冲串识别模块、无线发射模块、云端、无线接收模块以及终端；所述信号采集模块由水听器、信号滤波器和信号放大器、数字信号采集卡、存储器以及供电电池等部件组成；所述单脉冲识别模块与所述脉冲串识别模块相结合用以识别鲸类高频声呐信号；所述无线发射模块用以将鲸类声呐信号识别系统数据处理中心识别出来的目标监测物种的脉冲串信号的监测时刻点，单脉冲波形文件以及相应的声学参数通过无线通信方式发射出去；所述云端包括卫星通信及地面基站通信，所述卫星通信是一种利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波进而实现两个或多个地球通信站之间的通信，所述地面基站通信是用4G和/或5G网络进行无线通信；所述无线接收模块用以回收无线发射模块发出的经过卫星中继转发或者经过地面基站中继的携带有目标监测鲸类脉冲串信息的卫星或4G和/或5G信号；所述终端包括手机移动端和实验室计算机端。作为本专利技术进一步的方案：所述滤波器包括高通录波器和低通录波器，所述高通录波器和低通录波器分别用于控制可允许的无损通过的最低频率和最高频率的位置，所述高通滤波器主要是用来过滤低频噪音对目标信号的干扰以及低频信号对录音设备的声学饱和作用，所述低通滤波器主要是用来过滤掉高于目标信号最高频率外的信号的干扰，所述滤波器通常采用一阶滤波，即对声音的滤波斜率为6dB/倍频程带宽。作为本专利技术再进一步的方案：所述信号放大器用以对记录的信号的强度进行增强，所述信号放大器是针对较弱的目标信号，通过对这些信号进行增强以便能够更好地记录能量较低的信号。作为本专利技术再进一步的方案：所述数字信号采集卡用以实现对模拟连续信号进行数字离散信号转换的设备，信号记录时，为了达到抗混叠的目标，设备的采用频率应该设定为不小于目标检测物种的声呐信号的最高频率的2.5倍。作为本专利技术再进一步的方案：所述存储器用以对原始声信号进行记录，用于数据的原位备份，以便用于后期的进一步分析。作为本专利技术再进一步的方案：所述供电电池用以对滤波器、放大器和数字信号采集卡进行供电。作为本专利技术再进一步的方案：所述脉冲串识别模块主要是基于同一脉冲串信号中所包含的单脉冲的数量以及单脉冲信号之间的时域及声强结构特性来实现。作为本专利技术再进一步的方案：所述手机移动端可以通过安装开发的鲸类实时在线监测系统APP，获得目标兴趣鲸类的实时监测时间和地理坐标信息。作为本专利技术再进一步的方案：实验室计算机端可以供专业机构的科研人员进行脉冲串的绝对监测时刻点、单脉冲波形文件以及相应的声学参数数据的读取和深度分析和研发。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过实时在线监测系统实现对目标水域的目标鲸类物种进行24/7的全天候实时在线监测，在鲸类声呐信号的识别过程中，通过结合单脉冲信号的时频特性和脉冲串结构的时频特性来进行甄别，实现了鲸类的声学监测从传统的“录音回放”模式转变为“现场直播”模式，为开展鲸豚类保护和制定有效的鲸类保护措施提供时效性更强的基础资料。附图说明图1为一种基于齿鲸类高频声呐信号的实时在线监测预警系统的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，本专利技术实施例中，一种基于齿鲸类高频声呐信号的实时在线监测预警系统，包括信号采集模块，还包括单脉冲识别模块、脉冲串识别模块、无线发射模块、云端、无线接收模块以及终端，所述信号采集模块由水听器、信号滤波器和信号放大器、数字信号采集卡、存储器以及供电电池等部件组成，所述单脉冲识别模块与所述脉冲串识别模块相结合用以识别鲸类高频声呐信号，所述单脉冲识别模块和脉冲串识别模块共同构成了声呐信号识别的数据处理中心，单脉冲识别主要是基于单脉冲信号的时频域特性来进行综合识别，经滤波和放大等处理后的数字信号据首先进入信号处理中心的缓存区，根据监测点的噪音情况，通常会先设定一个监测阈值，当某个时刻信号的能量超过了这个监测阈值，数据处理中心将会以该点作为触发点提取一段声音片段，该声音片段的提取方式是以触发点为基准，向前和向后各提取一段声音文件，该信号提取的原则是保证提取的信号长度包含了目标鲸类物种声呐信号的主要能量，将每个提取出来的单脉冲信号和目标鲸类物种轴线声呐信号进行互相关分析，并计算相应的相关系数，计算每个提取出来的单脉冲信号的相关声学参数，包括时域参数、频域参数、带宽参数、能量参数和无量纲参数，当互相关分析的相关系数达到一定的阈值，同时所有的声学参数都在目标监测鲸类标准声呐信号相关参数的平均值±方差的范围内，定义该提取的单脉冲信号为目标监测鲸类的高质量脉冲信号，对于互相关分析小于阈值的信号，但是它们相应的声学参数都在目标监测鲸类物种标准声呐信号相关参数的平均值±方差的范围内，我们则定义该提取的单脉冲信号为中等质量的目标鲸类物种脉冲信号，对于那些在互相关分析大于阈值的信号，但是它们相应的声学参数不在目标鲸类物种标准声呐信号对应参数的平均值±方差的范围内，则定义该提取的单脉冲信号为较差的目标鲸类物种的脉冲信号，所述无线发射模块用以将鲸类声呐信号识别系统数据处理中心识别出来的目标监测物种的脉冲串信号的监测时刻点，单脉冲波形文件以及相应的声学参数通过无线通信方式发射出去，所述云端包括卫星通信及地面基站通信，所述卫星通信是一种利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波进而实现两个或多个地球通信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于齿鲸类高频声呐信号的实时在线监测预警系统，包括信号采集模块，其特征在于，还包括单脉冲识别模块、脉冲串识别模块、无线发射模块、云端、无线接收模块以及终端；/n所述信号采集模块由水听器、信号滤波器和信号放大器、数字信号采集卡、存储器以及供电电池等部件组成；/n所述单脉冲识别模块与所述脉冲串识别模块相结合用以识别鲸类高频声呐信号；/n所述无线发射模块用以将鲸类声呐信号识别系统数据处理中心识别出来的目标监测物种的脉冲串信号的监测时刻点，单脉冲波形文件以及相应的声学参数通过无线通信方式发射出去；/n所述云端包括卫星通信及地面基站通信，所述卫星通信是一种利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波进而实现两个或多个地球通信站之间的通信，所述地面基站通信是用4G和/或5G网络进行无线通信；/n所述无线接收模块用以回收无线发射模块发出的经过卫星中继转发或者经过地面基站中继的携带有目标监测鲸类脉冲串信息的卫星或4G和/或5G信号；/n所述终端包括手机移动端和实验室计算机端。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于齿鲸类高频声呐信号的实时在线监测预警系统，包括信号采集模块，其特征在于，还包括单脉冲识别模块、脉冲串识别模块、无线发射模块、云端、无线接收模块以及终端；
所述信号采集模块由水听器、信号滤波器和信号放大器、数字信号采集卡、存储器以及供电电池等部件组成；
所述单脉冲识别模块与所述脉冲串识别模块相结合用以识别鲸类高频声呐信号；
所述无线发射模块用以将鲸类声呐信号识别系统数据处理中心识别出来的目标监测物种的脉冲串信号的监测时刻点，单脉冲波形文件以及相应的声学参数通过无线通信方式发射出去；
所述云端包括卫星通信及地面基站通信，所述卫星通信是一种利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波进而实现两个或多个地球通信站之间的通信，所述地面基站通信是用4G和/或5G网络进行无线通信；
所述无线接收模块用以回收无线发射模块发出的经过卫星中继转发或者经过地面基站中继的携带有目标监测鲸类脉冲串信息的卫星或4G和/或5G信号；
所述终端包括手机移动端和实验室计算机端。


2.根据权利要求1所述的一种基于齿鲸类高频声呐信号的实时在线监测预警系统，其特征在于，所述滤波器包括高通录波器和低通录波器，所述高通录波器和低通录波器分别用于控制可允许的无损通过的最低频率和最高频率的位置。


3.根据权利要求1所述的一种基于齿鲸类高频声呐信号的实时在线监测预警系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志陶，王克雄，王丁，
申请(专利权)人：中国科学院水生生物研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42