台灣西部沿海有許多種類的石首魚(Sciaenid)，這種魚在產卵的季節會產生鳴音，當地的漁民利用鳴音的特性進行捕撈，近年來因過漁問題使這種高經濟價值的魚種數量逐漸減少，造成資源枯竭，為了保護石首魚因此提出季節性資源保護區的構想。本研究之目的為發展一套實海環境之簡單與低成本的被動聲納調查方式探測棲地位置以協助保護區的設立。經過量測與分析石首魚鳴音特性，發現其頻率範圍約為350~1,500 Hz，而以三組聲納浮標收集大量的聲音資料，藉由統計方法獲得聲源位準與迴音位準的分佈。利用已知聲壓位準分佈與根據淺海環境之傳輸損失關係(TL=n*logR)，反推聲源可能的位置。藉由本研究建立一套較為有效與快速的沿岸石首魚棲地調查方式。

There are many Sciaenid species found in coastal water of Taiwan, and most of them can generate sound in the spawning season. However due to overfishing, the populations of these high economic value fishes have been greatly decreased. To study and protect Sciaenid, whose habitat should be identified to set up seasonal protection zones. In this study, easy and low cost measure by using passive sonar is proposed to map the habitat in the field. Measurement and analysis of Sciaenid’s sound were performed to investigate its acoustic characteristic, and frequency range was found to be 350 to 1,500 Hz. The statistical distribution of sound levels can be built up by enough field measurement, therefore source levels can be defined in this method. In the addition, the transmission loss of in site shallow water was studied to compute the real decaying factor (TL=n*logR) of the survey site. By using 3 sonobuoys, with known source level distribution and transmission loss, the distance of possible habitat can then be inverted. Through enough measurements, the map of coastal habitat of Sciaenid can be generated with efficiency and accuracy.

第一章 緒論 …….………….…………..…………………… 1
1.1 海洋生態保育概念 ….…..………..………… 1
1.2 聲納系統介紹 ……………….…………….... 4
1.3 被動聲納在海洋生物研究之應用 ….….……… 6
1.4 被動聲納在生物訊號辨識之應用 .….……….. 9
1.5 研究目的 ……………….……………..…. 12
1.6 論文架構 …………………….………….... 12
第二章 基礎理論 ……………..……….…..…………... 13
2.1 水下聲學特性 …..…….………………..…… 13
2.2 海洋聲場環境 ……....…….…………….... 14
2.3 聲源定位 ………….………………………… 16
2.4 偵測與辨識 ……………………….…………… 17
2.4.1 訊雜比 …………..…..………..………. 17
2.4.2 偵測門檻 ………………….….…….…. 18
2.5 統計分析 …….………………………………… 20
2.5.1 聲壓位準機率分佈 ……….….………... 20
2.5.2 相關性分析 ………….……….….….... 20
2.5.3 統計分析與辨識 …….………..……... 22
2.6 訊號處理 ………….…………………………… 24
2.6.1 取樣 ……..………………..…………... 24
2.6.2 劃分音框與窗化 …….………………... 24
2.6.3 短時傅立葉轉換 ………………..……... 26
2.6.4 聲壓位準計算 ……….………….……. 26
第三章 魚類鳴音特性 ……….……..…..………………... 28
3.1 海洋發聲魚類之種類與行………….....…… 28
3.2 石首魚鳴音原理 ……….…..…..…………… 29
3.3石首魚鳴音特性 ……………….………...……. 31
第四章 實驗儀器、方法與聲場特性 ……….…..…….... 38
4.1 實驗儀器 ………………………….…………… 38
4.1.1錄音浮標系統 ….…...……….…..……… 40
4.1.2系統校正 ……………………..…………….… 44
4.2 實驗海域 ….………………………..………… 46
4.2.1 箱網養殖狀況與水文 ……………..…. 46
4.2.2 錄音系統實海佈放 ………………..…… 47
4.2.3傳輸損失量測 ….…..…………..……. 49
4.3 研究流程 ….………………………..………… 53

第五章 結果分析 ………...………..………………… … 54
5.1 訊號濾波 ……………………….……………… 54
5.2 鳴音偵測與擷取 ………...………..………… 55
5.3 鳴音正確率估計 ……...………..…………… 60
5.4 鳴音聲壓位準計算與分佈分佈 …..……...… 68
5.5 聲源距離估算 …..…………………..………… 69
5.6 聲源區域劃設 ………..……..………….…… 70
第六章 結論與建議 .…….…….…………..……………… 72
6.1 結論 ………….…..…………..……………… 72
6.2 建議 …………...……………..……………… 74

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