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博碩士論文 etd-1224108-141654 詳細資訊
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論文名稱
Title
仿魚鰾目標物逆散射強度量測與分析
The Acoustic Backscattering Measurement and Analysis of Imitate Air Swimbladder
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
81
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2008-07-25
繳交日期
Date of Submission
2008-12-24
關鍵字
Keywords
逆散射、散射、逆向工程、仿魚鰾、目標物
Scattering, Backscattering, Swimbladder, Target
統計
Statistics
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中文摘要
在漁業的活動上,魚群探測長期仰賴水下聲納系統之應用,其中利用聲學方法進行目標物之辨視則扮演重要的角色。有別於傳統海洋生物之取樣方法,利用水下聲納技術進行水下生物之探測可以降低以拖網所造成對取樣生物體之驚嚇或傷害,且降低對生態造成影響。Nash 針對魚體各部位之目標物強度進行量測,該研究結果顯示,控制魚體上浮或下潛機制之魚鰾,乃是影響魚體目標物強度之重要因子。緣此,本研究將以Tsuchida Seisakusho 之仿魚鰾目標物模型進行魚鰾目標物強度之量測。本研究使用空心仿魚鰾目標物,搭配逆向工程技術進行目標物性質之改變。本實驗於中山大學海下科技暨應用海洋物理研究所之大型聲學無響實驗水槽(4m×3.5m×2m)進行。在水聽器選用與訊號收發方面,發射器與接收器均為單指向性之魚探機聲納探頭,其發射頻率為200kHz,於訊號接收部份,在研究中使用取樣頻率為800kHz 之訊號擷取系統,可有效縮短訊號擷取時間並簡化作業程序,降低人為操作之誤差。本研究之目標物架設參考Timothy K. Stanton,並使用伺服馬達控制目標物之角度進行逆散射目標物強度之量測。研究成果指出,目標物強度及逆散射聲場之變化,會隨正向入射目標物之斷面幾何變化且產生重要影響。
Abstract
Acoustic methods have long been used to rapidly and synoptically survey marine organisms of ecological and economic importance. Direct sampling furnishes biological data such as abundance, biomass, direct measurements of organism size and species identification, but encounters problems such as net avoidance, small sampling volumes, and catch destruction of delicate specimens. Understanding the scattering mechanisms of fish is challenge due to the fact that fish anatomy is complex and the acoustic scattering characteristics are correspondingly
complex. For example, (Nash,1987) qualitatively illustrated the
influence of the various anatomical components of fish on scattering by performing length-wise acoustic scans of whole fish, dissected swimbladders. The swimbladder is the main control factor of fish’s floating and diving. This research will carry on the measure the target with acoustic characteristic of imitative air swimbladder of Tsuchida Seisakusho. We use the imitative air swimbladder and collocate the Reversed Engineering to measure the Backscattering intensity of the swimbldder which is different medium. We set up experiment in an acoustic water tank of dimension (4mo3.5mo2m) located in National Sun Yat-sen University. The projector and receiver both are transducer of fish finder with directivity and frequency response at 200k Hz. The signal receptor used Data Acquisition System of NI 6129 with sample rate at 800kHz. The target set up of this research is referring to (Timothy K. Stanton,2004), and we use servo motor to control the incidence angle of the target. Preliminary research is pointed out, the target strength will change by the incidence geometry of the target, and the target diameter is the factor of the target strength.
目次 Table of Contents
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 文獻回顧 3
1.4 研究歷程 5
1.5 論文範疇 6
第二章 理論背景 7
2.1 簡介 7
2.2 散射方程式 8
2.3 目標物強度 9
第三章 目標物描述 11
3.1 目標物介質及目標物幾何 11
3.2 空心仿魚鰾目標物 14
3.3 矽膠仿魚鰾目標物 15
第四章 量測系統建置 16
4.1 設計概念 16
4.2 硬體架設 18
4.2.1 大型聲學實驗水槽 18
4.2.2 三維運動台車 19
4.2.3 第四軸旋轉機構 20
4.2.4 輔助裝置 21
4.3 實驗儀器 21
4.3.1 訊號發射與接收裝置 22
第五章 目標物強度量測規劃與程序 25
5.1 量測規劃 25
5.1.1 換能器指向性測試 25
5.1.2 換能器接收效能測試 26
5.1.3 量測座標 29
5.1.4 量測限制 30
5.2 量測程序 31
5.2.1 儀器測試與聲源設定 32
5.2.2 目標物定位與取樣角度 33
第六章 訊號擷取與資料處理 34
6.1 軟體應用 34
6.1.1 應用軟體與簡介 34
6.2 訊號擷取 35
6.2.1 環境與系統噪音 36
6.2.2 連接方式 36
6.2.3 解析度 37
6.2.4 接收範圍 37
6.2.5 採樣原理 38
6.3 資料處理 41
6.3.1 訊號前處理 41
6.3.2 電聲換能原理 42
6.3.3 快速傅立葉轉換 43
6.4 訊號強度判別 44
第七章 分析與討論 45
7.1 個別目標物逆散射強度之探討 45
7.2 目標物逆散射強度隨目標物中央直徑之變化 51
7.3 目標物逆散射強度隨目標物介質之變化 57
7.4 其他目標物強度 60
第八章 結論與建議 63
8.1 結論 63
8.1.1 仿生目標物(空心與矽膠魚鰾)之逆散射強度 63
8.1.2 非魚鰾目標物(甲殼類表殼) 64
8.2 建議 64
8.3 未來發展 64
參考文獻 References
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