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アイテム
イルカのソーナー能力の魚群探知機への適用に関する研究
https://fra.repo.nii.ac.jp/records/2010886
https://fra.repo.nii.ac.jp/records/2010886f1d6ee78-ef19-47d8-8afe-c26529df0414
| 名前 / ファイル | ライセンス | アクション |
|---|---|---|
fra_k_28_47.pdf (19.5 MB)
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.png)
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| Item type | 紀要論文 / Departmental Bulletin Paper(1) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 公開日 | 2024-10-02 | |||||
| タイトル | ||||||
| タイトル | イルカのソーナー能力の魚群探知機への適用に関する研究 | |||||
| 言語 | ja | |||||
| タイトル | ||||||
| タイトル | Application of dolphin’s sonar abilities to echo sounders | |||||
| 言語 | en | |||||
| 言語 | ||||||
| 言語 | jpn | |||||
| キーワード | ||||||
| 言語 | en | |||||
| 主題Scheme | Other | |||||
| 主題 | Sonar of dolphin; broadband sonar signal; target strength of fish; target strength spectrum | |||||
| 資源タイプ | ||||||
| 資源タイプ識別子 | http://purl.org/coar/resource_type/c_6501 | |||||
| 資源タイプ | departmental bulletin paper | |||||
| アクセス権 | ||||||
| アクセス権 | open access | |||||
| アクセス権URI | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 | |||||
| 著者 |
今泉, 智人
× 今泉, 智人 |
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| 抄録 | ||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||
| 内容記述 | Conservation and management are necessary for sustainable use of fisheries resources. For this purpose, acoustic surveys of fisheries resources using scientific echo sounders are conducted worldwide. Although these surveys are powerful methods of estimating fish stock biomass directly over wide areas, the acoustic survey method has several drawbacks. One is the lack of a definitive method for classifying fish species using echo data and another is that in situ target strength （TS） measurement methods can only be applied to resolvable fish at short range or in sparse fish schools. In contrast, dolphins detect, pursue, and prey on fish using their excellent sonar capability known as “echolocation.” Dolphins can recognize not only the target size, but also its material and shape. As fish are the main target of dolphins, this sonar capability is applicable to the improvement of artificial sounders used in acoustic surveys and selective fishing. The present study was performed to investigate the application of a dolphin’s sonar abilities to echo sounders. In addition, this study focused on the characteristics of broadband frequency and short duration of dolphin sonar sound and measurement of target strength （TS） spectra of fish using this type of sonar. The broadband frequency characteristics of the TS spectra of fish are believed to be key factors in target discrimination and behavior observation. First, a system for measuring TS spectra was developed and the accuracy of the TS spectra thus obtained was confirmed using a spectral ratio method based on the ratio of the amplitude spectrum of the reflected and incident waves. The TS spectra of metal spheres could be calculated accurately using a theoretical model, and their backscattering was unidirectional. The frequency characteristics of the scattering of metal spheres agreed closely with the theoretical calculations in a water tank. Therefore, the system and spectrum ratio method are capable of measuring TS spectra accurately. Second, the TS spectra of anesthetized fish from three species, horse mackerel （Trachurus japonicus）, sea bream （Pagrus major）, and chub mackerel （Scomber japonicus）, were measured in a water tank. The variation in TS spectra with respect to the tilt angle of the fish was also measured for one sea bream. The TS spectra of fish varied considerably among species, individuals, and tilt angles. Third, the TS spectra of tethered live fish were measured at sea. As we could not confirm the relationship of the position between the transducers and the fish in the sea experiment and because measurements are affected by the directivity functions of transducers, measuring the TS spectra accurately was difficult. To compensate for the directivity, the fish were suspended with two metal spheres, and directivity was compensated using echoes from the metal spheres. The variations in the TS spectra of the tethered swimming fish （chicken grunt, Parapristipoma trilineatum） were observed continuously. The TS spectra of fish with tilt angle changes are considered useful for species discrimination. Furthermore, because of the very short pulse of the dolphin-like sonar, we could obtain well separated single echoes that would otherwise be multiple echoes for ordinary echo sounders. The sea experiments suffered from directivity problems. We attempted to develop a broadband split-beam （BSB） system to compensate for the directivities of transducers. The split-beam （SB） method can measure the position and direction of the target from the transducer using the time differences calculated from the echoes. These echoes are received by the quadrant arrays of the receiving transducer. The SB method using the broadband signal was first applied. The time difference detection methods were simulated, and we decided to use the cross-correlation method. Second, we confirmed that the measured directivity functions at four sample frequencies agreed with the theoretical directivity function calculated from the positions of the array elements. Third, to confirm the utility of the BSB system, we measured the frequency characteristics of metal spheres at sea. By applying a directivity correction to the measurements, good agreement was obtained between theory and measurement. Finally, we measured consecutive in situ TS spectra of fish at sea using the BSB system with high range resolution. Next, to determine the advantages of the dolphin sonar signals, we examined the sonar signals of dolphins and artificial tone burst waves of the same duration as dolphin-like sonar signals. In the experiment performed at sea, echoes from metal spheres measured using different signals （i.e., the dolphin-like sonar signals and short tone burst waves） were crosscorrelated with each incident waveform as a reference or replica. The signal-to-noise ratios （SNRs） were then compared with those of the original data. The SNRs improved by more than 10 dB for all sonar signals. The SNRs were compared after cross-correlation, and the results indicated that the dolphin-like sonar signals improved the SNR by 9 dB （at maximum） over the tone burst wave. Although broadband signals are susceptible to noise, the dolphin sonar signals have greater potential than the other types. The findings of the present study will contribute to the development of a system and method of accurately measuring broadband TS spectra of targets with high range resolution. The variations in in situ fish TS spectra originating from movement and changes in tilt angle of the target may represent information that will allow species discrimination as well as estimation of size and behavior. We can measure accurate TS spectra of the target using dolphin-like sonar signals with short duration and broadband frequency characteristics. This will help resolve the problems associated with acoustic surveys and contribute to the management of fisheries resources. | |||||
| 言語 | en | |||||
| 抄録 | ||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||
| 内容記述 | 水産資源の持続的管理・利用が求められており，そのための水産資源調査に計量魚群探知機を用いた音響資源量調査が現在広く行われている。音響を用いた資源量調査は，広範囲の資源量を直接迅速に推定できる強力な方法である。しかし，未だ音響手法のみで魚種を識別することが難しいこと，自然状態の魚の反射強度などの基礎情報の計測において，疎な分布にしか適用できないことなど，問題点も残されている。一方で，イルカは，エコーロケーションと呼ばれるソーナー能力を有しており，自身の発した超音波を利用して，対象までの距離，対象の大きさ，材質などの情報を得ている．イルカの主な対象も魚であることから，このようなイルカのソーナー能力を人工のソーナーに応用することが出来れば，音響を用いた資源量調査や水産用音響機器の大幅なレベルアップが期待される。 そこで，本研究では，イルカのソーナー能力を魚群探知機に適用することを目的として，研究を行った。特に本研究では，イルカのソーナー音の短パルスかつ広帯域という特長に焦点を当て，そのソーナー音を送受して，対象に固有の反射（反射強度）の周波数特性（TS スペクトル）を計測できるようにし，魚種識別や行動推定に道を開く。 まず，イルカのソーナー音を用いた TS スペクトルの計測システムを構築し，反射波と入射波のスペクトルの比で TS スペクトルを求める計測方法（スペクトル比法）を，反射特性明確な金属球により検証した。金属球の散乱特性は，理論計算により求めることができ，戻り反射に指向性がないので都合が良い。水槽において金属球の広帯域での散乱特性を計測し，この理論値と比較し，よく一致することを確かめた。したがって，以降，広帯域で精確な魚の散乱特性の測定が，構築したシステムとスペクトル比法を用いて実現できる。 次に，麻酔をかけたマアジ，マダイ，マサバの背方向の TS スペクトルを，イルカのソーナー音を用いて水槽で測定した。また1尾のマダイの姿勢角を変化させ，TS スペクトルの測定を行った．その結果，魚のTS スペクトルは，魚種，姿勢角，個体によりかなり大きく異なるが，その値は既往の研究と同じ傾向であった。 次に，海上で自然状態に近い魚の TS スペクトルを測定した．海では送受波器と対象の魚の位置関係が確認できないため，送受波器の指向性の影響を受け，精確な TS スペクトルを得ることは難しい。そこで，金属球を魚の近傍に吊るしそのエコーで指向性関数の補正を行った。その結果，活発に泳いでいるイサキの姿勢角変化による TS スペクトルの変動を計測できた。このような姿勢変動を含んだ TS スペクトルの連続的な測定が，魚種推定のための情報量増加に資すると考えられる。また，イルカのパルス幅が短い広帯域の音波を用いることで，高い距離分解能を実現することができ，自然状態の魚の群れを分解して，単体の集まりとして認識できた。 海上実験で問題となった指向性関数補正のために，広帯域の音波を送受信可能なスプリットビーム（以下SB）方式を採用したシステム（広帯域 SB システム）を試作した。SB 方式では，受波器を分割して，対象からの反射波の到達時間差を用いて，送受波器から見た相対的な対象の方位と位置を測定できる。広帯域の音波を用いる SB 方式は始めての試みであるので，対象からの時間差検出方法をシミュレーションにより検討し，時間差検出法を相互相関方式に決定した。次に，広帯域での指向性関数補正のために，指向性関数モデルを作成し，実際に測定した指向性関数と比較した結果，両者が良く一致したことから，モデルを利用することとした。次に，広帯域 SB システムの性能を確かめるため，金属球と送受波器との相対位置を変化させ，金属球の散乱特性を測定したところ，理論値と実測値が良く一致した。最後に，この広帯域 SB システムを用いて海上実験を行い，高い距離分解能を有したまま，自然状態の魚の TS スペクトルを測定することに成功した。 イルカのソーナー音の他のメリットを探るために，ほぼ同じパルス幅の短バースト波との比較実験を行なった。イルカのソーナー音と短バースト波の両者による金属球の反射波に対して，それぞれの入射波を参照波として相互相関処理を行った。その結果，両者で10 dB 程度信号対雑音比が向上し，またイルカのソーナー音の方が最大で9 dB 高い信号対雑音比を得られた。一般に広帯域信号は雑音に弱いが，イルカのような広帯域のソーナー音を用いれば，広帯域信号の弱点を補えることが示唆された。 以上，本研究により，高い距離分解能を有した状態で，広帯域で対象の TS スペクトルが精確に測定可能な，方法とシステムを開発できた。自然状態の魚の行動や姿勢変化を含んだ TS スペクトルの変化は，魚種識別，行動推定，サイズ推定などのための有用な情報である。イルカのような時間的に短く広帯域の音波を用いることで，音響資源量調査の大きな問題点の1つである個々の魚のエコーの測定条件の緩和を実現し，また，TS スペクトルという魚種識別などのための基礎情報増加を実現した。以上により，本研究は，音響を用いた資源量調査方法の発展に大きく寄与した。 | |||||
| 言語 | ja | |||||
| 書誌情報 |
ja : 水産総合研究センター研究報告 en : Bulletin of Fisheries Research Agency 巻 28, p. 47-113, ページ数 67, 発行日 2009-03 |
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| 出版者 | ||||||
| 出版者 | 水産総合研究センター | |||||
| 言語 | ja | |||||
| ISSN | ||||||
| 収録物識別子タイプ | PISSN | |||||
| 収録物識別子 | 1346-9894 | |||||
| 書誌レコードID | ||||||
| 収録物識別子タイプ | NCID | |||||
| 収録物識別子 | AA11589591 | |||||
| 情報源 | ||||||
| 識別子タイプ | Local | |||||
| 関連識別子 | fra_k_28_47 | |||||
| 関連サイト | ||||||
| 識別子タイプ | URI | |||||
| 関連識別子 | https://agriknowledge.affrc.go.jp/RN/2010770108 | |||||
| 関連名称 | 日本農学文献記事索引（AgriKnowledge） | |||||
| 著者版フラグ | ||||||
| 出版タイプ | VoR | |||||
| 出版タイプResource | http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85 | |||||
