海洋生物群种类识别方法及系统与流程

本技术涉及目标识别，尤其涉及一种海洋生物群种类识别方法及系统。

背景技术：

1、核电站的冷却系统需要抽取大量海水作为冷源。近年来，受海洋生态环境变化影响，海蜇、毛虾、鱼群等海洋微小型生物群在核电站取水口海域频繁爆发，这些高密度生物群会随海流涌入取水口，堵塞取水设施，威胁核电机组的安全运行。为保障核电冷源安全，需要对取水口海域的海洋生物群进行种类识别。

2、相关技术中，通常采用光学视频监控技术或声呐监测技术对核电站取水口海域的海洋生物群进行探测。其中，光学视频监控技术通过采集水下图像对生物群进行监测，但难以在复杂水体环境中有效识别海洋生物群的种类；声呐监测技术通过向海域发射声波并接收回波来探测生物群，但同样难以对海洋生物群进行种类识别。

3、可见，目前对核电站取水口海域的海洋生物群进行探测时，存在难以识别海洋生物群种类的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术的目的之一在于提供一种海洋生物群种类识别方法及系统，能够准确识别海洋生物群种类。

2、为达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：

3、第一方面，本技术实施例提供了一种海洋生物群种类识别方法，该方法包括：

4、在向核电取水口的预警海域发射宽带调频声学信号的情况下，接收目标海洋生物群的n帧目标声学回波信号；目标声学回波信号与宽带调频声学信号对应；n为正整数；

5、根据n帧目标声学回波信号，确定目标海洋生物群的目标频率响应曲线；目标频率响应曲线用于表征同一空间目标生物群区域内目标海洋生物群形成的体积后向散射强度随频率变化的相对形态；

6、根据目标频率响应曲线，确定目标海洋生物群的目标种类。

7、在一种可能的实施方式中，接收目标海洋生物群的n帧目标声学回波信号，包括：

8、利用水声换能器阵列接收n帧目标声学回波信号。

9、在一种可能的实施方式中，方法还包括：

10、获取预警海域的海域探测信息；海域探测信息包括第一宽度、第一距离、第一主流向、第一环境噪声和第一回波信噪比中至少一项；第一距离为预警海域与目标海洋生物群的距离；

11、根据海域探测信息，对水声换能器阵列进行调整，以使水声换能器阵列的发射波束覆盖预警海域的取水断面，或者，使水声换能器阵列的接收波束指向目标生物群区域并提高目标生物群区域的信噪比。

12、在一种可能的实施方式中，根据n帧目标声学回波信号，确定目标海洋生物群的目标频率响应曲线之前，方法还包括：

13、对n帧目标声学回波信号进行预处理，得到n帧预处理后的目标声学回波信号；预处理包括匹配滤波处理、时变增益与传输损失补偿处理、背景混响剔除处理中至少一项；匹配滤波处理用于提高第一距离的分辨率和信噪比；时变增益与传输损失补偿处理用于补偿目标声学回波信号在海水中的几何扩散衰减和吸收衰减；背景混响剔除处理用于剔除固定边界的混响干扰；第一距离为预警海域与目标海洋生物群的距离；

14、根据n帧目标声学回波信号，确定n帧目标海洋生物群的目标频率响应曲线，包括：

15、根据n帧预处理后的目标声学回波信号，确定目标海洋生物群的目标频率响应曲线。

16、在一种可能的实施方式中，根据n帧目标声学回波信号，确定目标海洋生物群的目标频率响应曲线，包括：

17、将n帧目标声学回波信号转换为一一对应的n个目标体积后散射强度矩阵；目标体积后散射强度矩阵随第一距离和频率变化；第一距离为预警海域与目标海洋生物群的距离；

18、对n个目标体积后散射强度矩阵进行聚类，得到n帧目标生物群区域；

19、基于n帧目标生物群区域，确定目标频率响应曲线。

20、在一种可能的实施方式中，基于n帧目标生物群区域，确定目标频率响应曲线之前，方法还包括：

21、获取n帧目标生物群区域一一对应的n个第一特征信息；第一特征信息包括第一质心、第一边界、第一面积、第一移动速度和第一跨频连续性中至少一项；

22、基于n个第一特征信息，对n帧目标生物群区域进行非目标干扰剔除，得到n帧剔除后的目标生物群区域；非目标干扰包括孤立噪声点干扰、固定边界点干扰和船舶气泡干扰中至少一项；

23、基于n帧目标生物群区域，确定目标频率响应曲线，包括：

24、基于n帧剔除后的目标生物群区域，确定目标频率响应曲线。

25、在一种可能的实施方式中，基于n帧剔除后的目标生物群区域，确定目标频率响应曲线，包括：

26、针对每一帧剔除后的目标生物群区域，在其所占的空间范围内对各频点上的体积后向散射强度进行平均处理，得到n帧第一离散频点散射强度；

27、根据n帧第一离散频点散射强度，确定目标频率响应曲线。

28、在一种可能的实施方式中，根据n帧第一离散频点散射强度，确定目标频率响应曲线，包括：

29、对n帧的目标生物群区域进行轨迹关联，确定属于同一轨迹的m个目标生物群区域；m小于等于n，且为正整数；

30、将m个目标生物群区域一一对应的m个第一离散频点散射强度进行加权平均，得到跨帧平均后的第二离散频点散射强度；

31、根据第二离散频点散射强度，确定目标频率响应曲线。

32、在一种可能的实施方式中，根据第二离散频点散射强度，确定目标频率响应曲线，包括：

33、对第二离散频点散射强度进行平滑滤波和归一化处理，得到第三离散频点散射强度；

34、将第三离散频点散射强度重采样到同一频率网格，以得到目标频率响应曲线。

35、在一种可能的实施方式中，将第三离散频点散射强度重采样到同一频率网格，包括：

36、采用埃尔米特插值将第三离散频点散射强度重采样到同一频率网格。

37、在一种可能的实施方式中，根据目标频率响应曲线，确定目标海洋生物群的目标种类，包括：

38、获取目标频率响应曲线与p条参考连续频率响应曲线一一对应的p个第一相似度；p为正整数；

39、根据p个第一相似度，从p条参考连续频率响应曲线中确定第一连续频率响应曲线；

40、将第一连续频率响应曲线对应的参考种类确定为目标种类。

41、在一种可能的实施方式中，根据目标频率响应曲线，确定目标海洋生物群的目标种类，包括：

42、提取目标频率响应曲线的第一特征向量；第一特征向量包括斜率、峰值、曲率、单调性、频带面积、目标生物群区域方差、跨帧稳定度中至少一项；

43、采用目标深度学习分类器对第一特征向量进行处理，得到目标种类；目标深度学习分类器包括依次连接的输入层、隐藏层和输出层；隐藏层用于提取第一特征向量中的局部斜率变化和峰值组合特征；输出层采用归一化指数函数输出种类概率。

44、在一种可能的实施方式中，根据目标频率响应曲线，确定目标海洋生物群的目标种类之后，方法还包括：

45、根据目标种类及其目标体积后向散射强度反演的生物量，确定目标海洋生物群的目标致灾风险等级；

46、输出目标致灾风险等级对应的目标预警信息。

47、第二方面，本技术实施例提供了一种海洋生物群种类识别系统，该系统包括：

48、接收模块，用于在向核电取水口的预警海域发射宽带调频声学信号的情况下，接收目标海洋生物群的n帧目标声学回波信号；目标声学回波信号与宽带调频声学信号对应；n为正整数；

49、第一确定模块，用于根据n帧目标声学回波信号，确定目标海洋生物群的目标频率响应曲线；目标频率响应曲线用于表征同一空间目标生物群区域内目标海洋生物群形成的体积后向散射强度随频率变化的相对形态；

50、第二确定模块，用于根据目标频率响应曲线，确定目标海洋生物群的目标种类。

51、本技术实施例提供的海洋生物群种类识别方法，通过在向核电取水口的预警海域发射宽带调频声学信号的情况下，接收目标海洋生物群的n帧目标声学回波信号，然后根据n帧目标声学回波信号，确定目标海洋生物群的目标频率响应曲线，该目标频率响应曲线能够表征同一空间目标生物群区域内目标海洋生物群形成的体积后向散射强度随频率变化的相对形态，最后根据目标频率响应曲线，确定目标海洋生物群的目标种类。本技术利用不同生物群在不同声学频率下的体积散射强度差异，提取目标的频率响应曲线作为声学指纹，能够精准实现对核电冷源致灾生物群的种类识别。