AKUSTIK KELAUTAN LANJUTAN:INSTRUMEN AKUSTIK

Oleh:KELOMPOK 3:

Kelas I01M RAMADHANI MARFATAH 125080600111060YUSRINA RIZQI AMALIA 125080600111063DESY WAHYUTHAMI 125080600111067RISKY APRILIANSYAH 125080600111078ARDELIA ANNISA L 125080600111085GALANG FUJI ANARKI 125080600111086DESI MAHMUDAH 125080601111010

PROGRAM STUDI ILMU KELAUTANJURUSAN PEMANFAATAN SUMBERDAYA PERIKANAN DAN KELAUTAN

FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTANUNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG2015

INSTRUMEN AKUSTIK

PENDAHULUANSonar adalah Sonar adalah istilah umum yang digunakan untuk semua peralatan

yang menggunakan suara untuk pendeteksian atau pengamatan sebuah objek di perairan.

Echosounder sendiri merupakan salah satu jenis penting dari sonar dimana salah satu

beam diarahkan secara vertikal ke arah bawah. Ada banyak jenis sonar dan echosounder

yang digunakan untuk pendeteksian dan pengamatan dalam bidang perikanan. Pada bab ini

kami akan menjelaskan beberapa macam sonar yang umum digunakan seperti netsonde

yang mana transdusernya menempel pada peralatan penangkapan perikanan, dual-beam

dan split-beam echosounder yang dapat mengukur target strength secara langsung, sector-

scanner dan multi—beam sonar yang menghasilkan sebuah radar, seperti sebuah tampilan

dalam bentuk 2D, dan beberapa instrumen yang dikembangkan dari instrumen terdahulu

yang menyediakan tampilan 3 Dimensi dari target yang terdeteksi. Selain itu ada juga

wideband sonar sebuah teknik yang menyediakan informasi tentang target dari komposisi

frekuensi echo. Kemudian ada pinger dan transponder, digunakan sebagai peralatan

tambahan yang menempel pada ikan atau objek lain agar lebih terlihat pada tampilan sonar

dan untuk meningkatkan akurasi dari target.

Gambar. Konsep dari echosounder, pulsa yang ditransimisikan menghasilkan gema/echo dari fish school dan dasar laut di bawah transduser yang hasilnya

ditampilkan pada sebuah echogramECHOSOUNDER

Transmitter memproduksi kumpulan energi pada frekuensi yang telah ditentukan.

Pada bidang perikanan frekuensi umum yang digunakan adalah 38khz,120 khz, 200 khz,

dan 420khz. Keluaran atau output dari transmitter ini akan dipergunakan oleh transduser

yang mengubah energi listrik menjadi energi akustik yang akan disebar di perairan. Lebar

dari beam ini berbanding terbalik dengan frekuensi suara. Umumnya lebar beam dari

echosounder untuk bidang perikanan berukuran 5-15 derajat.

Suara pulsa yang ditransmisikan yang menyebar di perairan oleh transduser

nantinya akan membentur beberapa target seperti ikan dan dasar perairan, target ini akan

merefleksikan atau memantulkan atau menghamburkan pulsa dan energinya akan kembali

ke transduser. Pantulan atau hamburan balik dari target ini akan terdeteksi oleh transduser

lagi dan diubah menjadi energi listrik sebagai sinyal yang diterima

Pada bab sebelumnya dijelaskan bahwasanya waktu dimana echo diterima

menentukan jarak target dari transduser. Sinyal yang berupa energi listrik ini akan diperkuat

di receiver dan ditampilkan pada echogram. Hasil dari echo gram ini disebut “mark” atau

tanda. Garis vertikal mengindikasikan tinggi dari objek, ikan contohnya. Sedangkan

horizontal menunjukan perubahan waktu jika echosounder statiosioner, atau ruang jika

echosounder berada di bawah kapal yang bergerak. Echogram adalah representasi visual

data akustik.

Scientific echosounder Alat yang menggunakan teknologi sonar untuk mengukur komponen fisika dan

biologi bawah laut

Memiliki komponen dasar yang sama pada umumnya

Memiliki rancangan dengan penstabil amplitudo dan dengan banyak fitur

tambahan seperti batimetri, klasifikasi substrat, vegetasi aquatik, massa air, ikan,

plankton

Echo integrator Pada awalnya echo integrator instrumen elektronik terpisah yang terhubung

dengan keluaran dari echosounder

Pada saat ini sudah dijalankan menggunakan software pad echosounder\

Pada intinya, alat ini memadukan atau menggabungkan energi pada gema yang

kembali dari bagian yang terpilih dari echogram

Penting diingat bahwa integrator menjumlahkan energy echo/gema

Basic Netsonde Netsonde merupakan echosounder yang transdusernya jauh dari penerima

elektronik (receiver electronic)

Biasa digunakan pada jaring trawl, dimana transduser menempel pada bagian

kepala atau mulut dari jaring

Kemudian gema akan ditransmisikan pada kapal penarik melalui kabel listrik

Beberapa netsonde memiliki dua transduser, satu beam diarahkan ke arah

bawah dan beam kedua diarahkan ke atas sehingga mencakup badan perairan

sampai dasar perairan

The Scanning netsonde

Instrumen Untuk Pengukuran Target StrengthTarget Strength adalah kekuatan pantulan gema yang dikembalikan atau dipantulkan

oleh target dan relatif terhadap intensitas suara yang mengenai target. Target Strength

didefinisikan juga sebagai 10x nilai logaritma dari intensitas suara yang mengenai

ikan/target. Sinyal yang dihasilkan oleh single-beam echosounder bergantung pada arah

target pada saat backscattering. Pengukuran target strength merupakan hal penting dalam

aplikasi akustik kelautan. Ketika ini dilakukan dengan metode langsung, kita harus

memutuskan arah target sehingga echo strength dapat dihitung akibat efek pola beam

transduser. Dual-beam dan Split-beam echosounder adalah dua instrument yang telah

dikembangkan (dan tersedia secara komersil) untuk pengukuran target strength secara

langsung.

Dual-Beam EchosounderPada transduser dengan beam ganda ini, acoustic signal dipancarkan oleh narrow

beam dan diterima oleh narrow-beam dan wide-beam secara bersamaan. Faktor “beam

pattern” untuk wide-beam mendekati konstan pada “main-lobe” dari “narrow-beam” dan

“wide-beam” adalah sama untuk suatu target pada sumbu utama beam (on-axis). Dengan

demikian dan ditambah dengan asumsi bahwa karakteristik TVG adalah ideal. Dual-beam

processor mengisolasi dan merekam data echo ikan tunggal yang diterima dari elemen-

elemen marrow dan wide beam-transduser. Kemudian program komputer akan memproses

data tersebut untuk menghitung nilai σbs atau TS dan penyebarannya menurut kedalaman

dan sebagainya. Informasi yang diperoleh dengan metode ini bukan hanya akan

meningkatkan akurasi dari survai pendugaan stok ikan secara akustik, tetapi sekaligus

memberikan informasi yang sangat berharga tentang ukuran ikan di dalam populasi.

Split-Beam EchosounderSplit beam menggunakan “receiving transduser” yang displit menjadi empat kuadran.

Pemancaran gelombang suara dilakukan dengan “full-beam” yang merupakan

penggabungan dari keempat kuadran dalam pamancaran secara simultan. Selanjutnya,

sinyal yang memancar kembali dari target diterima oleh masing-masing kuadran secara

terpisah. Output dari masing-masing kuadran kemudian digabung lagi untuk membentuk

suatu “fullbeam” dan dua set split beam. Target tunggal diisolasi dengan menggunakan

output dari fullbeam sedangkan posisi sudut target dihitung dari kedua set, split beam. split

beam ini lebih sulit diimplementasikan karena memerlukan hardware dan software yang

lebih rumit untuk mengukur beda fase antara sinyal-sinyal yang diterima pada kedua bagian/

belahan beam.

Sonar

Sonar (Sound Navigation And Ranging) merupakan sistem instrumen yang

digunakan untuk mendapatkan informasi tentang objek-objek bawah air. Sistem sonar ini

terdiri dari dua bagian yaitu sistem sonar aktif yang melakukan proses pemancaran dan

penerimaan sinyal suara dan sistem sonar pasif yang digunakan untuk menerima sinyal-

sinyal suara yang dihasilkan oleh obyek-obyek bawah air

Searchlight SonarInstrumen ini adalah satu perangkat yang digunakan terutama oleh nelayan saat

mencari untuk ikan. Ia bekerja pada prinsip yang sama seperti yang dijelaskan dalam

Echosounder. Sonars Searchlight memungkinkan kendali manual atau otomatis dari arah

beam. Misalnya, dengan transduser dipasang miring secara horizontal, mungkin diputar

sehingga 360◦, transmisi secara berulang-ulang sehingga kolom dekat permukaan

terdeteksi di sekitar kapal. Gerakan transduser lambat, dan dibutuhkan puluhan detik untuk

memunculkangambaran lengkap dari target sekitar kapal. 3.4.2 Side-scan Sonar

Side-scan sonar adalah instrumen yang mempunyai beam tunggal dengan

transduser yang dipasang di tubuh kapal dan ditarik sehingga balok diarahkan ke samping,

tegak lurus ke trek pelayaran. Transduser memiliki pola beam yang sangat asimetris yang

sempit di arah depan-belakang dan luas dalam bidang vertikal tegak lurus ke trek pelayaran,

biasanya 1º hingga 40º. Side-scan sonars merupakan sonar yang paling sering digunakan

untuk memetakan fitur dasar laut yang statis dan benda padat diatasnya.

Contoh dari echogram side-scan ditunjukkan pada Gambar 3.13. Tanda transmisi di

bagian atas gambar. Sebuah jarak pendek di bawah merupakan gema dasar laut yang

berpasir dan halus. Gambar menunjukkan pukat udang dipasang dengan dua trawl dari

penarik dentuman bagian tengah kapal. Kedua jaring, kapal dan belakangnya yang terlihat

pada echogram tersebut. Setiap objek dapat dilihat dalam tampilan rencana menggunakan

sonar, tetapi insonifies hanya terlihat bagian tepi paling depan jika target besar, sehingga

setiap benda di daerah yang dibayangi pleh target terbesar tidak akan terlihat.

Gambar 3.13

Sektor Pemindai

Dalam sorotan side-scan sonars, transduser bergerak atau berputar sehingga setiap

transmisi insonifi volume air berbeda, dan hasil akhirnya adalah display dua dimensi dari

target di sekitarnya. Pemindai sektor melakukan hal tersebut lebih cepat dan tanpa

instrumen yang bergerak. Sebuah sinar luas ditransmisikan sehingga gema kembali dari

target ke segala arah. Penerima membentuk sudut sempit yang mengarahkan atau scan

secara elektronik, yang meliputi sektor dalam satu pesawat. Sektor penuh dipindai dalam

waktu kurang dari durasi pulsa. Sehingga jangkauan dan arah target dalam sektor keduanya

ditentukan setelah setiap transmisi.

Transduser ini dibangun sebagai sebuah susunan dari berbagai elemen di garis

(Gambar. 3.14). Pulsa transmitter diterapkan ke satu elemen sentral, menghasilkan sinar

lebar pada transmisi. Atau, transduser pemancar terpisah dapat digunakan. Misalkan untuk

saat ini, garis elemen horizontal dan transduser vertikal. Sektor ini merupakan sektor

horisontal penampang beam yang ditransmisikan. Sinyal diterima oleh unsur-unsur yang

diolah sedemikian rupa sehingga penerima (atau scanning) beam adalah bagian vertikal

tipis sinar ditransmisikan. Selanjutnya, berkas pemindaian dipindahkan di bawah kontrol

elektronik dan menyapu dari satu sisi sektor yang lain dalam durasi pulsa.

Gambar 3.14

Teknik scanning memanfaatkan perbedaan fasa antara gema yang terdeteksi oleh

unsur-unsur. Seperti dibahas sebelumnya (hlm. 82), perbedaan fase bergantung pada arah

target dalam sektor ini. Lebih umumnya, rentang dan sudut dari semua target di sektor

tersebut telah ditetapkan secara unik dengan mengacu pada ketergantungan waktu dari

sinyal yang diterima (Tucker dan Gazey 1966). Berbeda dengan echosounder split-beam,

scanner sektor (sektor pemindai) dapat mendeteksi dan mencari banyak target dalam arah

yang berbeda, bahkan ketika mereka berada di kisaran yang sama.

Ada dua jenis scanner elektronik, yang berbeda dalam metode pengolahan sinyal

yang diterima untuk mengarahkan beam di sektor scan. Modulasi scanner (. Gambar 3.15)

tergantung pada fakta bahwa ketika gelombang sinus dari ω frekuensi dikalikan (modulated)

oleh yang lain dari ω1 frekuensi, hasilnya adalah jumlah dari dua sinyal dengan frekuensi (ω

+ ω1) dan (ω - ω1) masing-masing. Komponen-frekuensi yang lebih rendah akan dihapus

dengan cara filter celah tinggi, meninggalkan satu sinyal yang telah bergeser ke frekuensi

yang lebih tinggi (ω + ω1). Frekuensi bagian ω1 bertambah dengan jumlah yang konstan?

Ωin modulasi sinyal dari elemen transduser berturut-turut. Ini memperkenalkan perbedaan

fase η antara sinyal dari elemen berurutan?; ? η sebanding dengan? ω dan keduanya

meningkat secara linear dengan waktu. Arah penerima beam tergantung pada apa? Η,

sehingga beam berputar dan sektor dipindai. Namun, teknik modulasi memiliki kekuasaan

terbatas untuk menyelesaikan target dalam jangkauan, karena membutuhkan pulsa cukup

lama untuk memastikan bahwa target di tepi sektor ini, gema yang diterima oleh semua

elemen transduser tumpang tindih sampai batas tertentu. Jika durasi pulsa berkurang untuk

meningkatkan resolusi jangkauan, diskriminasi target pada sudut ekstrim akan memburuk.

Mungkin juga ada ambiguitas antara sudut ekstrim sektor, seperti perbedaan fase di tepi

sektor berbeda dengan 2π radian dan karena itu tidak bisa dibedakan.

Teknik pemindaian penundaan waktu diilustrasikan pada Gambar. 3.16. Dalam hal

ini sinyal yang diterima tertunda untuk variabel waktu sebelum mereka dijumlahkan untuk

membentuk sinyal output. Penundaan yang bertambah dalam langkah-langkah? T antara

elemen transduser berturut-turut. Ini setara dengan memperkenalkan pergeseran fasa (ω?

T). Jadi dengan mengubah? T beam penerima dibuat untuk bergerak di sektor ini. Meskipun

prosesor penundaan waktu lebih sulit untuk diterapkan di hardware, benar menentukan

sudut dari setiap sasaran, dan resolusi yang sama dapat dicapai dengan pulsa pendek

dibandingkan dengan modulasi scanner. Namun, pemrosesan sinyal digital lebih sederhana

dalam menjalankan kedua teknik tersebut, dan sebagian besar scanner sekarang

berdasarkan metode timedelay. Kinerja sektor pemindai dibatasi oleh kebisingan dan

kebutuhan untuk bandwidth yang besar untuk memasukkan spektrum frekuensi yang penuh

gema, dan dalam hal ini modulasi dan pemindaian waktu serupa dengan teknik scanning.

Tucker dan Gazey (1966) telah menggambarkan teori sektor pemindai. Mitson (1983)

memberikan penjelasan yang baik dari desain dan operasi dari scanner. Instrumen ini telah

diterapkan dalam studi tingkah laku dan migrasi ikan.

Gambar 3.16

Selama dekade terakhir, pemindaian sonars dari berbagai jenis telah digunakan lebih

luas dalam perikanan. Dalam petakan sounder misalnya, sektor scan dalam bidang vertikal

normal dalam lintasan dari kapal survei. Perangkat ini digunakan oleh hidrografer untuk

memetakan dasar laut. Sebuah petakan lebar sekitar dua kali kedalaman air dicapai dengan

menggunakan biasanya antara 60 dan 120 beam. Pada setiap transmisi prosesor sinyal

menentukan kedalaman dasar laut di bagian yang normal ke lintasan kapal. Versi sederhana

dari petakan sounder hanya memperoleh satu perkiraan kedalaman per beam untuk setiap

desingan (suara). Versi yang lebih canggih menggunakan fase gema bawah dalam cara

yang mirip dengan teknik split-beam, untuk memperkirakan kisaran ke dasar laut. Sebuah

peta lengkap dasar laut dapat diperoleh dengan survei daerah dalam dengan transek.

Contoh peta tersebut, diperoleh dengan menggunakan 95 kHz 60-petakan beam sounder

(Simrad SM950), ditunjukkan pada Gambar. 3.17 Hal ini menunjukkan peta struktur dasar

laut dibentuk oleh kaldera vulkanik di sekitar Pulau St Kilda di sebelah barat Skotlandia,

disajikan dengan sedikit pasca pengolahan data petakan. Pada daerah halus di bagian

depan, struktur/alur seperti dapat dilihat sejajar dengan jalur kapal. Hal ini disebabkan profil

kecepatan kecepatan suara diasumsikan menjadi salah. Sehingga transek yang berdekatan

menunjukkan punggung di petakan, makaberdampak pada struktur. Inspeksi sangat dekat

dari daerah pusat menunjukkan riak yang cepat di sepanjang lintasan. Ini adalah artefak

lain, karena dorongan kompensasi yang tidak sempurna dalam cuaca buruk yang

menambahkan ombak yang tidak sebenarnya untuk kedalaman bawah. Semua artefak ini

dapat dihilangkan dengan pasca-pengolahan data petakan. Prosedur ini harus mencakup

koreksi kesalahan, terutama dampak perubahan ketinggian pasang surut selama durasi

survei.

Gambar 3.17

Instrumen dasar survei laut ini telah diterapkan dalam aplikasi perikanan dengan

merekam pelagis serta gema di bawah. Melvin et al., (1998; 2003) mempelopori ide

pemindaian sektor dalam survei biomassa akustik menggunakan sonar Simrad SM2000.

Gerlotto et al., (1994; 1998; 1999) telah mengembangkan pseudo-3D (tiga dimensi) sistem

untuk memetakan gerombolan ikan dan mengevaluasi reaksi penghindaran mereka untuk

survei kapal. Gambar 3.18 memberikan gambaran tentang bagaimana sistem bekerja.

Sektor dipindai pada bidang vertikal yang normal ke lintasan kapal. Setiap transmisi

memberikan gambar dua dimensi dari target dalam pesawati, dan transmisi berturut

membangun tampilan 3D penuh dari kolom air. Jika sektor dipindai 90◦, maka air di hanya

satu sisi dari kapal yang diperiksa, seperti yang diilustrasikan pada Gambar. 3.18. Dengan

sektor 180◦, tentu saja, kolom air di kedua sisi kapal dapat dipetakan. 3D gambar dapat

diproses untuk melihat benda-benda yang terdeteksi dalam berbagai cara. Contoh dari

gerombolan ikan tunggal diberikan dalam Lempeng 3,5. Tiga pesawat melalui gerombolan

iakn diilustrasikan bersama dengan representasi 3D dari permukaan dan beberapa

deskriptor yang dapat digunakan untuk mengkarakterisasi gerombolan. Lempeng 3.6

menggambarkan kemampuan sistem tersebut untuk melihat 3D. Sudah diperlukan untuk

mengembangkan prosedur kalibrasi baru untuk jangka panjang pemindai dengan frekuensi

tinggi.

Three-dimensional sonar systems

Kita telah membahas beberapa aspek tiga dimensi (3D) pengamatan akustik. Split-

beam echosounder, misalnya, dapat menemukan target di 3D, tetapi hanya jika mereka kecil

dan terisolasi. Layar pseudo-3D yang disebutkan di atas membangun gambar 3D dari

serangkaian gambar dua dimensi yang diperoleh dalam beberapa ping (pulsa akustik

pendek). Namun, sonar yang dapat dikatakan sepenuhnya 3D tidak memiliki keterbatasan

ini. Pada prinsipnya,untuk setiap ping, sonar tersebut harus memberikan intensitas gema

datang dari posisi yang dikenal dalam volume terbatas, terlepas dari jenis target. Akan ada

percobaan lebih lanjut yang menyebabkan tersedianya instrument yang lebih canggih dalam

waktu dekat.

Gambar 3.19. Kamera DIDSON acoustic adalah multi-beam scanning sonar beroperasi pada 1,8 MHz. Ini contoh gambar DIDSON menunjukkan chinook salmon

(Oncorhynchus tshawytscha) panjang saat bereng 80-100 cm di kolam University of Washington. Jumlahnya jarak dalam meter; resolusi 4m adalah sekitar 2 cm. Kamera (inset) panjang 30,7 cm, lebar 20,6 cm dan Tinggi 17,1 cm. (Dengan berkat Ed Belcher

izin untuk menggunakan ilustrasi.)Omni-sonar adalah alatnya lebih tua tapi tetap serbaguna menggunakan elektronik

scanning untuk mencari target dalam dua dimensi dalam berbagai bagian dari belahan

bawah kapal. Hal ini tidak sepenuhnya 3D, tetapi memiliki dua scanner sektor yang

beroperasi secara bersamaan, sehingga objek tunggal atau gerombolan dalam skala kecil

dapat berada di ruang di mana dua sektor bertepatan.

Gambar 3.20 Penggunaan sonar multi-beam (Reson Seabat, 455 kHz) untuk mengamati perilaku ikan di dasar trawl: (a) gambar sonar menunjukkan garis oval jaring, kontak dengan dasar laut; (b) gambar video yang direkam jaring lebih ke

bawah; dan (c) diagram yang menunjukkan instrumentasi dan pukat tersebut. Kamera video dan sonar yang digunakan pada remote-dikendalikan kendaraan diderek

(RCTV). (Dengan berkat Emma Jones dan Alwan Beras untuk ilustrasi.)Dengan menghubungkan instrumen navigasi untuk sonar, adalah untuk melihattrack

kapal dan gerakan gerombolan ikan selama periode waktu, pada apa yang disebut tampilan

‘true motion’. Fasilitas lain yang berguna adalah pelacakan otomatis gerombolan ikan.

Dalam mode ini, omni-sonar menyesuaikan kemiringan shell otomatis kapal bergerak

sehingga target tertentu (dipilih oleh operator) selalu dalam transmitted beam. Plate 3.7

Menunjukkan tampilan dari omni-sonar, direkam pada kapal yang memancing dengan purse

seine. Ada sebuah gerombolan tuna di sebelah kiri kapal, ditandai dengan panah putih.

Kurva putih adalah melacak kapal yang telah mengelilingi gerombolan tuna saat pemotretan

purse seine. Jalur kapal ditunjukkan oleh gema datang dari aerasi di belakangnya. Fasilitas

yang komprehensif dari omni-sonar dicapai dengan cara mikroprosesor atau komputer yang

mengakses akustik dan data lain, melakukan perhitungan yang diperlukan, mengontrol sinar

ditransmisikan dan menghasilkan layar.

Gambar. 3.21 Omni-sonar menunjukkan dua contoh dari transmitted beam yang dibentuk sebagai conical shells (heavy shading), satu vertikal pada bidang depan-belakang, yang lain diarahkan ke depan dan miring sedikit ke bawah.Arah target

dalam shell ditentukan dengan memindai sinar penerima yang sempit melalui sektor 180◦. Beam dapat diputar dan / atau miring untuk memeriksa belahan lengkap di

bawah kapal (shading cahaya). (Ilustrasi ditarik oleh Alwan Rice.)Banyak pembangunan diperlukan untuk menyediakan pelacakan objek yang

komprehensif 3D, dan kerja eksperimental di bidang ini pada tahap awal. Saat ini, sistem

baru untuk pengamatan 3D jarak sedang dalam pengembangan. Tujuannya adalah untuk

mengurangi frekuensi sonar untuk sekitar 100 kHz, yang akan memungkinkan rentang

pengamatan beberapa ratus meter.

Efek Doppler (the Doppler Effect)Misalkan sebuah sonar mentransmisikan suara f0 frekuensi, dan gema yang diterima

dari sasaran yang bergerak kisaran meningkat pada kecepatan vR. Frekuensi sinyal yang

diterima tidak f0, tapi fr sedikit berbeda yang diberikan oleh rumus: fr = f0(1 − 2vR / c)

Perubahan frekuensi disebabkan oleh efek Doppler (Kinsler dan Frey 1951). Sebagai

contoh, jika c = 1500ms-1, vR = 5ms-1 dan f0 = 100 kHz, maka fr adalah 660 Hz kurang dari

f0. Sebaliknya, vR dapat diperkirakan dengan mengukur f0 dan fr, asalkan durasi pulsa (τ)

cukup panjang untuk memastikan bahwa bandwidth echo adalah kurang dari | f0 -fr |. Lebih

umum, perubahan frekuensi dapat ditentukan ke akurasi sekitar (1 / τ). Menata ulang equ.

(3.5), kita melihat bahwa vR dapat diperkirakan dari rumus:

vR= c(f0 − fr) / 2f0

Sistem band lebar (Wideband systems)Masalah utama dalam akustik perikanan adalah bagaimana menentukan spesies

dan ukuran dari target yang gemanya telah terdeteksi. Upaya awal untuk melakukan ini

dengan akustik berarti memiliki keberhasilan yang terbatas. Holliday (1977b) menyatakan

bahwa ukuran ikan berhubungan dengan frekuensi resonansi dari Swimbladder, dan

frekuensi ini dapat ditentukan dari spektrum gema yang dihasilkan oleh sumber broadband

seperti bahan peledak . Ada kesulitan besar dalam pendekatan ini (lihat bagian 4.5). Rose

dan Leggett (1988) melaporkan bahwa distribusi probabilitas dari amplitudo gema

gerombolan ikan tergantung pada spesies, mungkin karena kepadatan kemasan yang

berbeda dalam gerombolan .

Pada prinsipnya, semakin frekuensi ada di sinyal (atau lebih luas spektrum) informasi

lebih disampaikan dari sumber ke penerima. Ini mengarah pada konsep sonar wideband,

yang memiliki bandwidth yang jauh lebih besar daripada sonars konvensional dan

Echosounder. Simmonds dan Copland (1989) dijelaskan seperti instrumen yang bandwidth

yang meliputi oktaf (yaitu faktor dua) dari 27-54 kHz. Kebutuhan penting untuk pengukuran

ikan adalah bahwa lebar beam transduser harus sama di semua frekuensi.

Spektrum gema yang diterima oleh sonar wideband adalah indikator yang berguna

dari identitas sasaran, kekuatan target masing-masing spesies diharapkan ada perubahan

kehadiran dengan frekuensi dengan cara yang khas. Jadi untuk satu spesies, Kekuatan

Target mungkin meningkat antara 27 dan 54 kHz, dan di lain perubahan mungkin dalam

arah yang berlawanan. Percobaan wideband lainnya telah dilaporkan oleh Zakharia dan

rekan kerja (Zakharia et al., 1989, 1996). mereka mempelajari individu ikan ditambatkan dan

menunjukkan bahwa spektrum gema tergantung pada kedua spesies dan aktivitas ikan yang

mungkin berenang atau stasioner. Hasil yang baik diperoleh dalam spesies individu

ditemukan memiliki karakteristik sifat akustik yang menunjukkan identitas mereka.

Sayangnya, penyelidikan ini berhenti sebelum hasil dari eksperimen studi dapat didukung

dengan validasi yang diperlukan dalam keadaan relevan dengan survei akustik. Kegagalan

untuk menyadari potensi dari pekerjaan ini adalah sebagian besar karena kurangnya dana

yang dibutuhkan untuk mengembangkan instrumen survei terpercaya.

Thompson dan Cinta (1996) menggunakan frekuensi rendah (0,5-10 kHz) wideband

echosounder untuk mendapatkan perkiraan ukuran ikan dan kepadatan. Spesies ikan tidak

diidentifikasi langsung, melainkan distribusi ukuran itu disimpulkan dari spektrum gema dan

Swimbladder model hamburan (lihat Bab 6). Ada sonars wideband komersial di pasar

namun, kemampuan mereka untuk aplikasi identifikasi target perikanan tidak pasti.

Lokasi Sumber Suara: Pinger, transponders, dan hydrophone arrays (Sound source location: pingers, transponders and hydrophone array)

Semua instrumen yang dibahas sejauh ini sonar aktif. Mereka mengandalkan refleksi

transmisi mereka sendiri untuk mendeteksi target. Deteksi Echo mungkin tidak dapat

diandalkan jika target kecil, dekat dengan reflektor yang kuat seperti dasar laut. Namun,

sinyal lebih kuat (dan lebih mudah dideteksi) dapat diperoleh dengan melampirkan pinger

atau transponder untuk target. Ketika melekat pada ikan, perangkat ini yang biasa disebut

acoustic tags.

Pinger tidak memiliki receiver tetapi mentransmisikan pulsa suara secara berkala.

pulsa terdeteksi oleh satu atau lebih hydrophone terletak di sekitarnya. jika ada tiga

menerima hydrophone dalam triangular array, pinger dapat berada di dua dimensi (pada

bidang array). Hal ini dilakukan dengan mengukur waktu kedatangan pulsa pinger di

hydrophone. Sebaliknya, transponder adalah perangkat yang mengirimkan sinyal ketika

menerima satu. Sinyal transponder jauh lebih kuat dari echo, tapi keduanya tiba secara

bersamaan di penerima sonar dan target mungkin berlokasi di jalan biasa. Hal ini

dimungkinkan untuk mendeteksi ikan yang hidup di bawah yang telah diberikan dengan

transponder tag, bahkan terhadap gema dasar laut yang kuat, dan ini Teknik telah banyak

digunakan dalam studi perilaku ikan di dekat jaring (review, Arnold et al. 1990).

Kemajuan lebih lanjut dalam teknologi pelacakan akustik telah dilaporkan oleh

Ehrenberg dan Steig (2003). Tag canggih (Sophisticated tags) dan metode pemrosesan

sinyal memiliki telah dikembangkan untuk memungkinkan pelacakan ikan dalam tiga dimensi

dengan resolusi spasial lebih baik dari 1 m. Penggunaan frekuensi-termodulasi (kicauan)

transmisi dapat mengurangi kesalahan multi-path dan memberikan pilihan untuk melacak

beberapa tag secara bersamaan (Ehrenbergdan TORKELSON 2000). Array dengan banyak

hydrophone (yaitu lebih dari minimum diperlukan untuk memperbaiki posisi yang unik)

memungkinkan pelacakan yang lebih akurat, dan posisi kesalahan dapat diperkirakan

melalui analisis statistik pengukuran berlebihan. sistem yang dijelaskan oleh Ehrenberg dan

Steig (2003) dapat memiliki hingga 16 hydrophone. Saya menerima dan secara otomatis

menyimpan deteksi tag untuk setiap hidrofon, dan plot posisi yang dihasilkan dalam tiga

dimensi. Sehingga pergerakan setiap pinger bisa diamati secara real time. Teknik ini telah

digunakan untuk mempelajari perilaku salmon dan banyak spesies lainnya di berbagai

lingkungan perairan.

Pingers dan transponder yang digunakan untuk mempelajari perilaku ikan harus kecil

untuk menghindari mengganggu perilaku alami hewan. Sirkuit mikroelektronik modern

sangat kompak; sebagian besar volume diperlukan untuk transduser dan baterai kekuatan

perangkat. Ukuran baterai ditentukan oleh kekuatan transmisi, durasi pulsa dan periode

waktu yang perangkat perlukan untuk melanjutkan kerja. Perangkat mungkin melekat

eksternal untuk sirip, dengan cara yang sama sebagai Pedersen tag, atau mungkin yaitu

internal yang dimasukkan melalui mulut ke dalam usus atau tubuh rongga melalui sayatan di

tubuh. Dalam kedua kasus, ikan harus dibius untuk meminimalkan stres operasi.

Beberapa hewan (terutama mamalia air) mengeluarkan suara cukup jelas di

vokalisasi alami mereka untuk memungkinkan pelacakan oleh array hidrofon tanpa buatan

sinyal dari pingers atau transponder. Teknik pelacakan pasif ini memiliki keuntungan jelas

bahwa perilaku alam sama sekali tidak terganggu oleh prosedur eksperimental. Hal ini

tergantung pada vokalisasi pulsa dengan lebar bandwidth yang cukup untuk tiba di

hydrophone yang akan diukur dengan tepat. Banyak aplikasi pelacakan pasif telah

dilaporkan dalam beberapa tahun terakhir.

Pemasangan sistem akustik (Installation of acoustic systems)Saran yang disajikan di sini tidak dimaksudkan untuk menggantikan atau bahkan

untuk melengkapi petunjuk instalasi yang diberikan oleh produsen dari echosounder atau

sonar. Instalasi sonar bervariasi dari sistem ekstensif di kapal penelitian besar dengan

peralatan portabel minimal digunakan pada dinghies kecil (Gbr. 3.23). Apapun aplikasi,

perhatian terhadap instalasi listrik sangat penting untuk kinerja yang baik. Kebanyakan

produsen menyediakan deskripsi rinci tentang bagaimana untuk menghubungkan, layar

peralatan akustik untuk melindunginya dari gangguan listrik. ini adalah sangat sulit dalam

lingkungan kapal. Petunjuk ini mungkin tampak rumit, tetapi mereka harus diikuti jika sistem

yang akan digunakan secara maksimal. Aturan dasar yang transceiver harus berada

sedekat mungkin dengan transduser, dan mereka harus disaring untuk melindungi sinyal

sonar dari sumber gangguan listrik.

Transduser didalam atau dekat kapalInstalasi echosounder tradisional memiliki transduser pada pod yang

memperpanjang jarak pendek di bawah lambung kapal. Pod biasanya dilengkapi sebesar 5-

15% dari lebar kapal ke sisi sirip lambung kapal. Pada bagian bawah lambung kapal

berbentuk oval sekitar 0,3-0,5m. Transduser sering terletak diatas sirip lambung kapal untuk

memberikan perlindungan dalam peletakannya. Instalasi tersebut memiliki kelemahan dalam

penggunaan ilmiah. Ketika beroperasi dalam cuaca buruk instalasi pod sederhana

terganggu yang kemudian memungkinkan adanya kehilangan sinyal karena gerak yang

diinduksi oleh gelembung yang dipaksa ke arah bawah dengan bentuk lambung kapal.

Untuk mengatasi hal tersebut, bagi beberapa kapal (terutama komersial) yang

digunakan untuk survei akustik tidak memiliki fasilitas canggih seperti penurunan sirip

lambung kapal, transduser dapat digunakan pada perairan dangkal dan dapat diderek. Pada

gambar 3.24 transduser ditarik kabel pendek bersama dengan kapal. Ilustrasi transduser

yang di derek di perairan dangkal dapat dilihat pada gambar 3.25. Ketika transduser harus

berada pada lambung kapal, beberapa pengurangan gulungan dimungkinkan melalui

stabilisasi kapal, atau pengurangan pitching dan rolling dengan stabilisasi dinamika

transduser. Sebuah contoh yaitu kapal penelitian perikanan Skotlandia “Scotia” memiliki

panjang sirip lambung kapal 6 m yang dapat diturunkan hingga kedalaman 3 m dibagian

bawah sirip lambung kapal yang tetap. Pada gambar 3.26 mengenai instalasi dan

pemandangan penurunan keel yang dilakukan selama proses konstruksi. Sebuah

transduser yang menggunakan cara ini juga dilindungi dari induksi gelembung cuaca,

bahkan lebih baik di transduser yang di derek pada perairan dangkal.

Transduser yang ditarik dikedalamanEstimasi kelimpahan akustik pada kedalaman memiliki sejumlah masalah diantaranya, jika

transduser ditempatkan dekat dengan permukaan air dengan cara yang biasa maka:

Pada kisaran ini hanya frekuensi rendah yang dapat memberikan rasio sinyal noise;

Diskriminasi dasar laut mungkin sulit dilakukan karena penampang akustik beam;

Frekuensi tinggi yang mungkin membantu dengan identifikasi spesies yang tidak

dapat digunakan karena penyerapan akustik

Target strenght tidak dapat diperkirakan secara in situ karena volume sampel yang

besar (yang tidak mungkin hanya berisi satu target);

Koreksi intensitas penyerapan gema yang tidak akurat sepanjang jalur transmisi.

Dalen et al., (2003) menemukan bahwa metode transduser yang ditarik di kedalaman

sangat meningkatkan resolusi spasial ikan di lapisan scattering, hal tersebut mengurangi

gangguan kebisingan (noise) dan memberi echogram yang jelas sehingga memungkinkan

target spesies diidentifikasi lebih meyakinkan.

Di sisi lain, kinerja transduser tergantung pada kedalaman sehingga menyebabkan

beberapa ketidakpastian mengenai kepadatan ikan yang ditunjukkan oleh sistem transduser

yang ditarik di kedalaman. Pengukuran menunjukkan bahwa, antara permukaan dan

kedalam 500 m, sensitivitas transduser dari 38 kHz meningkat menjadi 2,5dB sedangkan

transduser 120 kHz menurun 1,5dB. Menurut Dalen et al., (2003) hal tersebut konsekuensi

dari sinyal rasio noise yang berbeda, akan tetapi analisis mereka tidak cukup mendukung

atau penjelasan ini ditolak. Kesimpulan secara keseluruhan bahwa transduser yang ditarik

dikedalaman memiliki sebuah peningkatan substansial selama instalasi tradisional lambung

kapal dipasang. Kloser (1996) dan Kloser et al., (2000) juga memiliki hasil yang sama di

survei kedalaman ikan pelagis-bentik di Tasmania dan New Zealand.

Kinerja noise kapalSelama 30 tahun terakhir, tampaknya perubahan teknologi di bidang teknik kelautan

telah menghasilkan dua perkembangan yang melengkapi peralatan yang telah ada

sebelumnya. Pertama, meningkatkan tuntutan untuk daya dan kinerja desain kapal yang

memungkinkan timbulnya noise, baik di frekuensi rendah yang didengar oleh ikan, dan di

band ultrasonik yang digunakan oleh echosounder. Kedua, isolasi suara untuk mengurangi

emisi kedalam air menjadi teknis dan layak secara finansial. Kebisingan dengan frekuensi

rendah sebagian besar diproduksi dengan menjalankan mesin, sedangkan kebisingan

frekuensi tinggi dihasilkan oleh efek hidrodinamika seperti suara aliran disekitar lambung

kapal dan yang paling pengting ialah kavitasi diujung pisau baling-baling. Namun, ada

sumber energi lainnya dikapal yang menyebabkan getaran, seperti arus bolak-balik di kabel

listrik dan perangkat diode yang digunakan untu mengontrol motor.

Pertanyaan yang ditunjukkan oleh kelompok studi ICES mengenai kinerja kebisingan

yang dapat diterima dari kapal penelitian (Mitson, 1995). Penelitian ini menguji pada data

kebisingan ambient, pendengaran ikan, perilaku suara yang diinduksi untuk tujuan dalam

menetapkan tingkat kebisingan di rentang audio yang tepat untuk pengamatan ikan. Selain

itu batas kebisingan ultrasonik yang ditentukan untuk menghindari degradasi kinerja

echosounder. Sebuah studi kasus yang menggunakan herring sebagai salah satu contoh

untuk menggambarkan prosedur spesifikasi dimana seharusnya kebisingan tidak

menggangu herring pada kedalaman 20m di bawah kapal. Tanda kebisingan pada garis

yang ditunjukkan gambar 3.28 telah dikanal sebagai standar ICES. Ikan herring dipilih

sebagai salah satu contoh karena memiliki pendengaran yang sangat sensitif. Hal penting

lainnya yaitu untuk merancang sebuah kapal penelitian tanpa memperhatikan kebisingan

bukanlah kebijakan yang baik. Pengurangan kebisingan saat ini merupakan prosedur yang

aman.

KalibrasiDalam melakukan kalibrasi instrumen akustik dibutuhkan kehati-hatian dan

keakurasian kalibrasi instrumen akustik tidak bisa ditekan terlalu kuat. Kalibrasi sangat

penting dalam hal kontrol kualitas yang dimana kualitas kontrol sangat penting dalam

memberikan ketepatan pada hasil survei. Pada awal dilakukannya survei akustik,

kemungkinan sebelum tahun 1980, kalibrasi menjadi sumber kesalahan utama dalam

estimasi kelimpahan ikan (Blue, 1984). Jika ada kesalahan dalam kalibrasi, estimasi nilai

kelimpahan akan berbeda dari nilai yang sebenarnya, atau yang biasa disebut bias. Namun

demikian, teknik kalibrasi yang paling baik dikembangkan pada tahun 1980-an.

Kalibrasi merupakan sebuah prosedur yang dilakukan untuk menentukan nilai yang

tepat pada instrument dalam pembacaan skala, dengan cara mengukur atau

membandingkan dengan nilai standar. Contoh kalibrasi instrument akustik adalah kalibrasi

echosounder single-beam. Echosounder single-beam merupakan instrumen yang sulit untuk

dikalibrasi karena instrumen ini tidak dapat mengukur target di bawah air secara langsung.

Sensivitas dari single beam echosounder ditentukan dengan mengacu pada pantulan

suara (echo) dari target dalam arah tertentu, umumnya membentuk sudut akustik dari

transduser, yaitu arah dari sensitivitas maksimal dan oleh karena itu menjadi lebih mudah

diidentifikasi. Target-target pada arah ini dikatakan sebagai target yang terletak pada sudut

(on-axis). Alat penerima (receiver) pada echosounder ini menggabungkan sistem Time-

Varied Gain (TVG), dimana sistem tesebut ditujukan untuk memastikan bahwa ikan dengan

kesamaan densitas akan menghasilkan sinyal yang sama dalam jarak berapapun.

Penerimaan ini berubah sesuai waktu setelah getaran (pulsa/pulse); hubungan ini dijelaskan

oleh fungsi dari TVG. Faktor lain yang perlu diperhatikan adalah perubahan sensitivitas

sesuai dengan perubahan arah, yang disebut juga dengan pola beam (beam pattern).

Dengan demikian, kalibrasi fisik dari single-beam echosounder melibatkan tiga pengukuran

yang terpisah, untuk menentukan (1) the on-axis sensitivity, (2) fungsi TVG dan (3) pola

beam.

Sensitifitas pada poros (The On-axis Sensitivity)Sumbu akustik merupakan arah kemana energi terbaik dipancarkan dan dari mana

sinyal echo terbesar dipantulkan ke target pada jarak yang konstan. Terdapat tiga metode

standart yang memungkinkan digunakan untuk mengukur on-axis sensitivity:

The reciprocity technique, oleh Foldy dan Primakoff (1945-1947); metode ini tidak

direkomendasikan karena memiliki kekurangan yaitu terlalu banyak memakan waktu

terutama pada kondisi laboratorium.

The calibrated hydrophone

The standart target

Dua metode yang pertama disebutkan di atas hanya digunakan sebagai pelengkap,

namun tidak direkomendasikan. Pada jaman modern, metode standard target merupakan

metode yang baik dalam meghasilkan hasil yang paling akurat. Metode ini dioperasikan

menggunakan TVG. Pengukuran metode ini terbilang sangat cukup untuk mengestimasi

jarak target dan kombinasi transmitter receiver dari tranducer. Telah diketahui bahwa target

pada umumnya berbentuk bulatan padat (sphere) yang digantung dibawah transduser.

Echosounder dioperasikan secara normal dan dengan kekuatan pulse yang sama, TVG dan

tingkatan kekuatan juga sama seperti yang digunakan selama survei. Echo yang dihasilkan

dari target dan waktu yang dibutuhkan antara echo dan pulse yang dihasilkan lalu diukur.

Pengukuran-pengukuran ini diperlukan untuk memperkirakan jarak target dan gabungan dari

sensitivitas transmisi serta sensitivitas penerimaan dari transduser pada arah target. Dengan

menggerakkan target melewati beam, posisi saat echo dirasa paling kuat dapat ditemukan

dengan ketentuan jarak diketahui. Target lalu diarahkan ke sudut akustik dan Ca ditentukan

oleh pengukuran echo terkait.

Prosedur Eksperimen Target standart yang tergantung di bawah transduser, disertai oleh sedikit bahan

tambahan untuk menghindari pantulan yang tidak diinginkan. Hal ini biasanya dilakukan

dengan membungkus target dalam kain nilon monofilamen. Pada frekuensi yang rendah,

efek dari udara apapun yang terperangkap dapat dikurangi jika frekuensi yang dihasilkan

cukup rendah, dan saat dimana bulatan-bulatan frekuensi rendah biasanya lebih besar

ketika target strength lebih besar. Tiga kabel suspensi terpasang pada jaring dan dilakukan

penyesuaian ukuran panjang dari kabel-kabel tersebut. Bulatan tersebut akan tercelup

dalam larutan sabun – gabungan dari deterjen dan air tawar dengan perbandingan 1:4 –

untuk membasahi permukaan bulatan tersebut seluruhnya agar gelembung udara pada

jaring dapat dibersihkan.

Ketika transduser diletakkan pada sebuah alat yang ditarik (contohnya manta tow),

bola itu dapat digantung pada tiga “lengan” horisontal dalam sebuah bingkai (frame) yang

dipasang di bagian atas badan alat tersebut (Fig 3.30). Seluruh bagian alat (transduser,

badan yang ditarik (tow), bulatan dan frame) diturunkan ke dalam air, digantungkan oleh

sebuah kabel yang terikat pada bagian atas lengan vertikal. Penurunan kedalam air ini

dilakukan hingga transduser terletak pada kedalaman normal. Ketiga kabel pembantu dari

bulatan tersebut dapat mengarah pada lengan vertikal sehingga dapat diakses untuk

penyesuaian saat di permukaan. Selain itu, panjang dari kabel-kabel tersebut dapat

disesuaikan dengan remote control yang ada pada frame.

Transduser yang diletakan pada badan derek atau lambung kapal, pelaksanaan

kalibrasi dapat menjadi jauh lebih mudah dengan menggunakan remote control. Perlakuan

ini dapat digunakan untuk menyesuaikan panjang kabel dari target yang melayang. Kabel

penunjang harus dilakukan dengan mekanisme yang sesuai pada target untuk meminimalisir

kemungkinan pergerakan bebas dari garis tersebut. Fairlead pada kapal dapat digunakan

sebagai metode yang murah dan tahan lama untuk mengatur kabel penunjang dengan

menguragi gesekan ketika transduser berpindah arah.

Jika kalibrasi dilakukan dari sebuah kapal yang berlabuh, badan derek dapat

berayun-ayun karena disebabkan oleh tiupan angin, gaya hidrodinamik pada bola dapat

menyebabkan bola dan badan derek bergerak tak terduga. Kurang lebih ini terjadi ketika

kabel penunjang yang terkait pada lengan bingkai terlalu pendek. Di samping itu, bola harus

diletakkan cukup jauh dari transduser. Untuk menentukan posisi optimum jarak peletakkan

bola dengan transduser dapat diestimasi dengan menggunakan formula sebagai berikut:

Ropt = 2d2 f0/c

Dimana:

d = lebar maksimal penampang transduser

f0 = frekuensi echosounder

c = kecepatan suara di dalam air

Kekuatan echo diukur sebagai suatu energi (integral dari amplitudo kuadrat), dan

dicatat oleh echo-integrator yang biasanya termasuk dalam kalibrasi. Bola digerakkan

sepanjang beam untuk menemukan posisi dimana sinyal echo paling kuat untuk jarak yang

sama, dimana titik bola tetap berada pada sumbu akustik. Bola digerakkan secara berturut-

turut ke dua arah kanan dan kiri. Hal ini dilakukan berulang-ulang sampai energi echo

maksimal pada setiap penyesuaian mencapai nilai stabil.

Fungsi TVGTujuan dari time-varied-gain (TVG) berfungsi untuk mengkompensasi kisaran

ketergantungan echo. Alat ini untuk mempertimbangkan intergasi gema yang didistribusikan

oleh target, saat ketepan fungsi TVG bernominal 20 log R. Namun, prinsip yang sama dapat

diterapkan untuk kalibrasi 40 log R yang digunakan untuk menghitung sinyal echo. Seperti

kebanyakan echosounder ilmiah yang sekarang menerapkan TVG yang diproses dari sinyal

digital, error dari TVG dapat diabaikan, asalkan fungsi dilakukan dengan benar.Sayangnya

ini tidak selalu terjadi, karena beberapa instrumen didesain agar mempunyai pengabaian

efek dari panjang pulsa yang ditransmisikan dan bandwidth penerima. Fungsi yang

diprogram akan memberikan kompensasi yang memadai pada jarak yang besar dari

echosounder, tetapi bisa menetapkan besarnya error pada rentang jarak dekat yang

diperlukan untuk kalibrasi.

Misalkan tegangan penerima sebanding dengan A (t) dimana t adalah waktu setelah

dimulainya pulsa transmitter. A (t) adalah fungsi TVG yang sebenarnya, tetapi secara umum

tidak akan mengkompensasi ketergantungan jangkauan dengan tepat dan tujuan kalibrasi

adalah untuk memperkirakan kesalahan yang dihasilkan.Untuk melakukan hal ini,

pengukuran A (t) dibandingkan dengan fungsi TVG yang ideal, a (t), yang tidak

mengkompensasi ketergantungan jangkauan dengan tepat.MacLennan (1987) telah

membuktikan bahwa fungsi berikut, meskipun tidak sepenuhnya tepat, merupakan

representasi yang cukup baik dari 20 log R TVG untuk semua tujuan praktis:

a(t) = c(t − t0) exp(βct / 2)

Dengan c adalah kecepatan suara, β adalah koefisien penyerapan akustik dan t0

adalah waktu optimal mulainya dari TVG.t0tergantung pada durasi pulsa dan bandwidth

penerima; itu selalu lebih dari setengah durasi pulsa. Di masa lalu, pembuat umumnya

mengabaikan (atau tidak menyadari) kebutuhan untuk waktu mulai dari TVG (pada t = t0)

akan tertunda untuk selang waktu sejak mulai dari pulsa transmitter.

Namun, kekurangan ini dapat diatasi asalkan A (t) dibandingkan dengan fungsi ideal

yang benar, yang diberikan oleh persamaan di atas. Nilai t0 untuk echosounder tertentu

dapat dilihat pada Tabel 3.4. Untuk durasi pulsa dan bandwidth yang sama, echosounder

lain mungkin memiliki sedikit perbedaan nilai dari t0 tetapi perbedaan itu tidak terlalu

berpengaruh. Perhitungan dari t0 agak rumit.Jika pengguna dalam keraguan tentang fungsi

dari TVG yang benar, mereka harus menghubungi produsen dan konfirmasi bagaimana

mengimplementasikan perubahan fungsi dengan pulsa dan pengaturan bandwidth.

Ekuivalen Sudut BeamTahap ketiga dari prosedur kalibrasi adalah penghitungan nilai ψ,ekuivalen sudut

beam dari transduser, yang merupakan ukuran lebar beam.Ψtelah dijelaskan pada bagian

2.3.1.

Simmonds (1984a; 1984b) menjelaskan bagaimanaΨ dapat ditentukan dengan

percobaan. Dia menunjukkan dalam banyak kasus, kurang dari 1% dari energi yang

ditransmisikan muncul di sisi lobus beam transduser. Oleh karena itu untuk menentukan Ψ,

biasanya cukup hanya mengukur pola beam secara rinci dalam lobus utama, menambahkan

koreksi kecil yang dihitung dari teori memperhitungkan energi dalam sisi lobus.Namun,

beberapa pengukuran harus dilakukan dari arah luar lobus utama untuk memeriksa bahwa

sisi lobus sesuai yang diharapkan. Perubahan besar dari pola beam mungkin terjadi,

misalnya, jika tansducer telah rusak. Penelitian selanjutnya dengan menggunakan

metodologi yang samatelah lebih menggembirakan. Hal ini dimungkinkan untuk

menghitungΨ dari teori dan geometri yang diketahui dari permukaan transduser. Awalnya

pengukuran dilakukan oleh Simmonds (1984b) mengungkapkan bahwa prediksi teoritis bisa

salah lebeih dari 20%, dan Ψdari transduser yang berbeda seharusnya menunjukkan variasi

yang identik dari urutan yang sama. Tampaknya pembuatan transduser sekarang menjadi

proses yang lebih handal dan konsisten, dan nilai-nilai teoritis yang berasal dari Ψ dianggap

cukup baik. Oleh karena itu cukup memeriksa perhitungan produsen dari 3-dB-down sudut

beam tidak seduai dengan teori transduser, dan kemudian teoritis nilai Ψ dapat digunakan

secara langsung dalam persamaan echo-intergrator (cf.Bagian 5.4).

Pengukuran dari transduser yang sama oleh Simmonds (1990) telah diulang dalam

selang beberapa tahun mengungkapkan bahwa Ψ tetap hampir konstan, pada transduser

yang tidak mengalami kerusakan. Namun, jika terjadi perubahan yang mendadak dalam

sudut itu harus diamati diantara dua kalibrasi yang berturut, ini dilakukan untuk kerusakan

mesin atau kerusakan transduser, dalam hal pola beam harus diukur lagi.Idealnya, produsen

sebaiknya memberikan nilai empiris dari Ψ dengan masing-masing transduser, menghindari

kebutuhan pengguna untuk menjalankan pengukuran ini, setidaknya untuk singgle-beam

transduser sangat sulit dan memakan waktu prosedur.

Secara teknis split-beam memberikan tindakan akustik arah sasaran serta TS,

beberapa produsen menyediakan perangkat lunak khusus untuk memperkirakan Ψ dari data

yang tercatat sebagai standar target yang dipindahkan ke berbagai posisi yang meliputi

beam.Namun, dapat diandalkan, beberapa membutuhkan ukuran target yang bebas (non

akustik).Penyediaan data tersebut merupakan bukan hal sepele bagi sebagian besar

instalasi.

Keseluruhan sensitifitas dan kecepatan suaraKalibrasi berkerja pada lokasi tertentu dimana kecepatan suara lokal (diasumsikan)

adalah c0.Jika pengaturan echosounder berhubungan pada c0, lalu instrumen telah

dikalibrasi dengan benar. Kecepatan suara yang ditemui pada saat survei mungkin berbeda,

namun, dan beberapa penyesuaian faktor di Equ.(3.7) mungkin diperlukan untuk

memperoleh konversi faktor yang benar dalam analisis berikutnya. Untuk mengerti efek dari

perubahan kecepatan suara dalam Ca, kita mulai dengan rumus berikut untuk Pr, daya

penerima echo-integrator (tanpa TVG) dari jangkauan target yang terditribusikan R:

Pr = PoGTR−210−2αR/ 10ψ(cτ /2)n_σbs_GE

Dimana Po adalah daya yang tertransmisikan, α adalah koefisien penyerapan akustik (dB

m-1), c adalah kecepatan suara sebenarnya, τadalah durasi pulsa dan n adalah jumlah ikan

per satuan volume.GT dan GE adalah masing-masing dari kenaikan sudut transduser

transduser ketika mentrasmisikan dan menerima.

Jika kecepatan suara naik, maka panjang gelombang dan delay echo menurun.

Yang jelas jarak R juga menurun karena dihitung sebagai c0 setengah kali dari waktu delay

echo (th). Dengan demikian perubahan kecepatan suara mempengaruhi berbagai faktor

dalam Equ (3.13) dengan cara yang berbeda. Untuk lebar beam kecil, ψbervariasi sebagai

c2 karena berbanding terbalik dengan jumlah dari panjang gelombang dan permukaan

transduser. GT dan GE bervariasi sebagai 1/c2.Ini adalah ‘kesatuan keuntungan’ efek yang

berhubungan dengan perubahan dalam ψ; sebab P0 konstan, lebar beam yang sempit

maka sudut transduser akan semakin besar. Panjang pulsa pada air (cT/2) tentu saja

sebagai variasi c. Tambahan lagi, transduser lebih efesien bervariasi sedikit dengan c, dan

juga dengan suhu, dan (σbs) bervariasi dengan c dengan cara yang pasti, tetapi kita tidak

bisa memperitmbangkan faktor ini (untuk (σbs) cf. Bagian 6 dan 7).

Misalkan selama kalibrasi, kecepatan suara lokal c0 dan kesesuaian ekuivalen sudut

beam digabungkan dalam echosounder dan pengaturan ini tidak berubah saat survei.

Memperhatikan bahwa kecepatan suara tergantung pada kedalaman, misalkan di daerah

survei adalah cs di transduser, cf dikedalaman ikan dan memiliki nilai rata-rata cz didalam

kolom air dari permukaan. Faktor dalam Equ. (3.13) akan berubah sebagai berikut: GT dan

GE sebagai c20/c2s; hilangnya penyebaran (r2) sebagai c20/c2z; hilangnya penyerapan

sebagai 105α(cz-c0)th; ᴪ sebagai c2s/c20 (meskipun ada beberapa ketergantungan pada

cz dan cf karena pembiasan dikolom air yang diabaikan disini); dan panjang pulsa cT/2

sebagai cf/c0. Hasil ini dalam keseluruhan faktor kalibrasi (F/E) berubah oleh proporsinya.

Jika kecepatan suara cz digunakan untuk mengkoreksi ketergantungan kedalaman,

lalu c2o/c2z dan 105α(cz-c0)th keduanya kesatuan dan ΔK menjadi {c20/c2scf/c0} =

c0cf/c2s. Dalam kasus yang sederhana, kemudian untuk echo integrator, keseluruhan faktor

kalibrasi adalah perbandingan terbalik dari kecepatan suara.

Perbedaan ketergantungan kecepatan suara timbul kasus dari target tunggal (dan

pengukuran dari kekuatan targetnya). Persamaan yang relevan untuk daya yang diterima

dari target yang terisolasi adalah:

di mana keuntungan transduser sekarang fungsi dari arah sasaran (è, ö). Dalam hal ini ø

tidak relevan dan hasil analisis adalah:

Jika jangkauan tersebut benar dicatat dengan menggunakan cz, kemudian ΔK =

{c20/c2sc20/c2s} = {c40/c4s}. Hal ini menunjukkan bahwa untuk menggemakan-

menghitung, faktor kalibrasi keseluruhan berbanding terbalik dengan kekuatan keempat

kecepatan suara.

Dalam beberapa Echosounder modern, ini ketergantungan suara kecepatan secara

otomatis dimasukkan dalam faktor sensitivitas pada sumbu setiap kali kecepatan suara rata-

rata yang berbeda dimasukkan dalam pengaturan.Sebelum manual mengoreksi pengukuran

akustik untuk perubahan kecepatan suara, penting untuk mengetahui apakah fitur yang

telah diimplementasikan dalam prosesor sinyal. Jika sounder yang akan digunakan di mana

ada perbedaan penting dalam kecepatan suara antara transduser dan agregasi ikan, maka

faktor koreksi yang lebih lengkap diperlukan dapat dihitung dari equ.

Sensor arah echosounderSinyal yang dihasilkan oleh split-beam dan dual-beam Echosounder menentukan

arah sasaran serta jangkauan dan amplitudo gema. Ketika instrumen yang akan digunakan

untuk echo-menghitung atau pengukuran kekuatan sasaran, yang sesuai dengan Fungsi

TVG adalah 40 log R. TVG dikalibrasi dengan metode yang dijelaskan di atas untuk

echosounder single-beam. The TVG kalibrasi harus dilakukan pertama, dan hasilnya

digunakan untuk memperbaiki pengukuran sensitivitas berikutnya untuk setiap

ketergantungan berbagai sisa gema.Seperti sebelumnya, sensitivitas dalam berbagai arah

dapat diukur dengan mengacu pada gema dari target standar yang ditempatkan di sejumlah

posisi perwakilan atas bagian aktif dari balok.Arah pada sumbu tidak sangat penting dalam

kasus ini. Persyaratan umum adalah untuk menentukan sensitivitas rata tertimbang dengan

luas balok penampang, dan variasi tambahan dari sinyal output yang disebabkan oleh

kompensasi eksak untuk arah sasaran.

Sensitivitas kalibrasi hanya masalah merekam energi gema sedangkan target

standar ditempatkan di sejumlah posisi didistribusikan di seluruh beam.It tidak diperlukan

untuk mengukur posisi target secara mandiri sejak arah gema ditentukan oleh instrumen itu

sendiri .Gambar 3.33 menggambarkan metode yang diusulkan oleh MacLennan dan

Svellingen (1989). Penampang balok dibagi menjadi tujuh wilayah daerah yang sama,

sebuah lingkaran di tengah dan enam segmen di pinggiran. Target tersebut akan

dipindahkan sehingga jumlah pengukuran adalah sama di setiap daerah, memastikan

bahwa semua bagian dari balok menerima perhatian yang sama.

Gambar 3.33Misalkan pengukuran n dibuat dan Bi adalah sensitivitas diamati pada posisi lebar

target.Sensitivitas rata diperkirakan oleh bobot setiap pengukuran sebanding dengan daerah

yang diwakilinya. Untuk pendekatan pertama, faktor bobot wi sebanding dengan jarak sudut

dari posisi pengukuran lebar dari sumbu akustik di pusat balok. Mean VB B dan varians dari

sensitivitas diperoleh dari rumus:

Ada metode sederhana tapi mungkin kurang tepat untuk memetakan sensitivitas

directional dari echosounder split-beam. Dalam hal ini target standar ditangguhkan pada

satu baris di bawah transduser sehingga bebas untuk ayunan di sekitar. Seiring waktu,

dengan asumsi gerakan cukup diinduksi oleh arus air dll, bola harus terdeteksi di berbagai

arah meliputi, lebih atau kurang, seluruh berkas. Statistik sensitivitas kemudian dapat

diperkirakan seperti dijelaskan di atas, atau model teoritis dapat dipasang ke data untuk

memperkirakan pola balok. Ini bukan prosedur sepenuhnya ketat, karena beberapa bagian

dari balok akan sampel lebih dari yang lain dan bobot relatif yang tidak terkontrol.

Arah-sensing echosounder sering digunakan untuk menentukan distribusi kekuatan

target populasi ikan yang akan disurvei. Hasil dapat dianggap dalam hal kekuatan sasaran

atau backscattering setara penampang ikan terdeteksi. Misalkan OBS adalah mean benar

dan VO adalah varian yang sesuai. Untuk memperkirakan statistik ini, banyak pengamatan

yang diperlukan dari target individu sebagai sampel yang representatif dari populasi. Hal ini

juga diasumsikan bahwa target terdeteksi didistribusikan secara acak di atas area aktif dari

balok. Ini berarti bahwa jika E adalah rata-rata dari energi gema diamati, maka (EB) adalah

perkiraan berisi OBS. Namun, setiap variasi sensitivitas di balok akan meningkatkan

penyebaran distribusi diamati. VB adalah ukuran variasi sensitivitas, dan jumlah ini seperti

yang ditetapkan dari kalibrasi dapat digunakan untuk memperbaiki Vs, varians sampel yang

diamati lintas-bagian. Pada asumsi yang masuk akal bahwa variasi sensitivitas dan

kekuatan sasaran tidak berkorelasi, perkiraan berisi VO diberikan oleh:

Sejauh ini kita telah dianggap hanya mean dan varians dari distribusi kekuatan

sasaran. Statistik lainnya seperti skewness mungkin juga terdistorsi oleh variasi sensitivitas

di balok.Hal ini dimungkinkan untuk merekonstruksi distribusi kekuatan sasaran yang benar

dari histogram dari pengamatan, mengingat sejumlah besar pengukuran kekuatan target

dan sensitivitas sebagai fungsi dari arah sasaran.Hal ini dapat dilakukan dengan metode

dekonvolusi dijelaskan oleh Clay (1983). Meskipun awalnya dikembangkan untuk

pengobatan sinyal dari echosounder tunggal-beam, dekonvolusi sama berlaku untuk

instrumen arah-sensitif. Namun, tidak perlu mempertimbangkan kompleksitas dekonvolusi

jika kompensasi untuk arah target yang cukup baik, yaitu untuk mengatakan jika Vs / O2 bs

jauh lebih besar daripada VB / B2.

Gambar 3.34 menunjukkan beberapa pengukuran yang diperoleh selama kalibrasi

dari echosounder DualBeam. Target yang sama telah dipindahkan ke posisi yang berbeda di

seluruh balok. TS faktor, I2 w / Dalam sebanding dengan OBS, yang backscattering

penampang dari target, dan pada dasarnya konstan jika faktor beam Dalam / Iw cukup

besar. Ambang A diterapkan pada faktor beam (lih Bagian 3.3), untuk menolak gema di

wilayah anomali yang In / Iw kurang dari sekitar 0,3.

Gambar 3.34 Sensitivitas diukur dari transduser split-beam diilustrasikan pada Gambar. 3.35. Plot

atas adalah lanskap yang menunjukkan arah sensitivitas setelah amplitudo gema telah

dikompensasikan dengan menggunakan fase diukur dari sinyal yang diterima. Ada beberapa

variasi residual sensitivitas dengan arah, tetapi jauh lebih kecil dari pola balok

terkompensasi ditunjukkan pada Gambar. 3.35b.

Gambar 3.35Kalibrasi dari sonar multibeam Sonars multi-beam dengan cepat berkembang sebagai alat untuk pengamatan ikan

dan pengukuran.Melvin et al., (2003) memberikan persamaan resmi berlaku untuk satu

perangkat tersebut, sonar Simrad SM2000, sementara Simmonds et al., (2000) telah

mengembangkan prosedur kalibrasi untuk contoh lain, reson Seabat 6012 sonar. Yang

terakhir ini memiliki penggemar 60 balok dengan nominal 1.5◦ spasi.Setiap balok 1.9◦ oleh

15◦ lebar, sehingga membentuk sektor 90◦. Kalibrasi sonar ini melibatkan serangkaian scan

sekitar sektor 90◦ untuk menentukan pola balok untuk masing-masing 60 balok,

yangdigabungkan untuk mendapatkan keseluruhan sensitivitas mengirim-menerima dan ψ.

Gambar 3.36 menunjukkan sensitivitas relatif dari 60 balok. The Reson sonar memiliki

sekitar 3 dB variasi yang luas di seluruh sektor, dengan variabilitas lokal (lebih dari 3 atau 4

balok) yang agak kurang, sekitar 1,5 dB.

Salah satu kesulitan serius yang dihadapi dalam kalibrasi sonar Alasan. Ini memiliki

pulsa sangat pendek (60ìs) untuk memberikan resolusi berbagai baik, dan ini

memungkinkan hanya dua sampel dalam setiap target echo (yang berarti 2 per balok = 120

total). Karena itu, nilai-nilai sampel tergantung pada di mana mereka diukur pada gelombang

gema yang diterima.Ini memiliki terbatas naik turunnya kali.Jika kedua sampel yang dekat

dengan puncak, nilai terbesar diperoleh, namun terpisahkan berkurang jika sampel baik

adalah di lereng awal atau akhir.Hal ini mempengaruhi kalibrasi karena sampel sonar

masing-masing 60 balok berurutan. Echo terjadi pada kisaran yang sama pada masing-

masing balok, tapi waktu sampel relatif terhadap perubahan gema dengan nomor berkas.

Hasilnya adalah perubahan siklik buatan sekitar 1 dB dalam pengukuran sinar-to-

beam, yang muncul sebagai riak halus ketika kepekaan diplot terhadap jumlah

balok.Simmonds et al.,.(2000) memperkirakan riak dengan mencocokkan timing sampel

yang tepat untuk titik pada gelombang echo, dan jadi mampu mengimbangi hasil mereka

untuk efek yang tidak diinginkan ini.Jenis masalah praktis adalah fitur disayangkan teknik

digital sampling, dan kemungkinan besar terjadi selama kalibrasi karena target standar

diadakan di berbagai tetap.Perawatan harus selalu diambil untuk menentukan bagaimana

sampel prosesor digital Data akustik, untuk memastikan bahwa masalah tersebut dihindari

atau diperbaiki secara memadai.

Praktek kalibrasi yang baikUntuk mencapai hasil yang memuaskan, kalibrasi instrumen akustik harus dilakukan

dengan perhatian terhadap detail, menggunakan peralatan yang mampu akurasi yang

diperlukan, dan sesuai dengan prosedur yang dianjurkan dijelaskan di sini. Itu semua terlalu

mudah untuk membuat kesalahan, dan mereka mahal karena setiap kesalahan dalam

kalibrasi akan bias estimasi kelimpahan ikan yang berasal dari survei. Simmonds (1990)

menyelidiki akurasi yang diharapkan dari kalibrasi.Dia menyimpulkan bahwa praktik yang

baik harus menentukan kinerja sistem echointegration ke dalam 7%. Tujuannya harus untuk

mengembangkan rutin atau protokol untuk kalibrasi yang akan mencapai akurasi ini secara

konsisten. Banyak masalah timbul dalam interpretasi hasil survei akustik, tetapi tidak ada

kebutuhan untuk kesalahan kalibrasi untuk menjadi salah satu dari mereka.