Детектор летучих мышей

This article needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. Find sources: "Bat detector" – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (December 2008) (Learn how and when to remove this message)

Нетопырь-карлик

Крик нетопыря-карлика, услышанный на гетеродинном детекторе летучих мышей - 68 КБ. Это типичный эхолокационный зов с "кормовыми жужжаниями", когда он пытается поймать насекомое.

---

Проблемы с воспроизведением этого файла? Смотрите справку по медиа .

Детектор летучих мышей — это устройство, используемое для обнаружения присутствия летучих мышей путем преобразования их эхолокационных ультразвуковых сигналов, издаваемых летучими мышами, в слышимые частоты , обычно около 120  Гц — 15 кГц. Существуют и другие типы детекторов, которые записывают звуки летучих мышей, чтобы их можно было проанализировать впоследствии, но их чаще называют по их конкретной функции.

Летучие мыши издают звуки в диапазоне от 12 кГц до 160 кГц, но верхние частоты в этом диапазоне быстро поглощаются воздухом. Многие детекторы летучих мышей ограничены диапазоном от 15 кГц до 125 кГц в лучшем случае. Детекторы летучих мышей доступны в продаже, а также их можно изготовить самостоятельно.

Детекторы летучих мышей используются для обнаружения присутствия летучих мышей, а также помогают сделать выводы об их виде. ^[1] Некоторые крики летучих мышей отчетливо различимы и легко распознаются, например, крики подковоносов ; другие крики менее различимы у схожих видов. В то время как летучие мыши могут изменять свои крики во время полета и охоты, ухо можно научить распознавать виды в соответствии с диапазонами частот и частотой повторения эхолокационных криков. Летучие мыши также издают социальные крики (неэхолокационные крики) на ультразвуковых частотах.

Основным ограничением акустических детекторов летучих мышей является их дальность действия, которая ограничена поглощением ультразвука в воздухе. На средних частотах около 50 кГц максимальная дальность составляет всего около 25–30 метров в обычных атмосферных условиях, когда летают летучие мыши. Она уменьшается с увеличением частоты. Некоторые крики летучих мышей имеют компоненты около 20 кГц или даже ниже, и иногда их можно обнаружить в 2–3 раза больше обычного диапазона. Однако на расстоянии будут обнаружены только низкочастотные компоненты. Используемый диапазон детекторов летучих мышей уменьшается с влажностью, а в условиях тумана максимальная дальность может быть очень низкой.

Важно распознавать три типа эхолокационного сигнала летучих мышей: частотная модуляция (ЧМ), постоянная частота (ЧМ) (иногда называемая амплитудной модуляцией ) и составные сигналы с компонентами ЧМ и ЧМ. Ниже показана летучая мышь, издающая сигнал типа ЧМ, за которой следует летучая мышь, использующая сигнал типа ЧМ:

Bat FM-вызов и CF-вызов

Частотно-модулированный сигнал, за которым следует сигнал постоянной частоты, слышимый на гетеродинном детекторе летучих мышей - 190 Кб

---

Проблемы с воспроизведением этого файла? Смотрите справку по медиа .

Сигнал FM слышен как быстрые сухие щелчки, а сигнал CF — как писк. Они меняются по частоте из-за эффекта Доплера , когда летучая мышь пролетает мимо. Гетеродинный детектор летучих мышей усиливает эффект Доплера. Когда летучая мышь, издающая сигналы CF, летит к детектору, высота звука падает.

Несколько видов летучих мышей используют составной сигнал FM и CF, начинающийся с быстро падающего сигнала FM, который замедляется, чтобы стать сигналом CF в конце, придавая графику форму "хоккейной клюшки". Это делает сигнал другим на детекторе летучих мышей:

Звонок хоккейной клюшки

Сопрано-нетопырь-карлик, записанный на гетеродинном детекторе летучих мышей, установленном на близкую к конечной частоте - 190 Кб

---

Проблемы с воспроизведением этого файла? Смотрите справку по медиа .

Это дает гораздо более влажный звук, чем чистый FM-сигнал. Нетопыри обычно используют сигнал хоккейной клюшки для общей эхолокации, но иногда используют только FM-часть. Конечные частоты для нетопыря-карлика и нетопыря-сопрано составляют около 45 кГц и 55 кГц соответственно, но эти частоты могут сильно различаться.

Существует три типа "реального времени" аудиодетектора летучих мышей, которые обычно используются: гетеродин, частотное разделение и временное расширение. Некоторые детекторы летучих мышей объединяют два или все три типа.

Сравнение гетеродина и временного расширения

На 9,6 секунде детектор был переключен из гетеродинного режима (45 кГц) в 20-кратное расширение времени, воспроизводя 2,5 секунды, записанные ранее. Только расширение времени показывает наличие нескольких различных перекрывающихся типов криков летучих мышей. - 770 Кб

---

Проблемы с воспроизведением этого файла? Смотрите справку по медиа .

Гетеродинные детекторы являются наиболее часто используемыми, и большинство самодельных детекторов относятся к этому типу. Функция гетеродина часто встроена и в другие типы детекторов. Гетеродинный детектор летучих мышей просто сдвигает все ультразвуковые частоты вниз на фиксированную величину, чтобы мы могли их услышать.

«Гетеродин» — это частота биений, которую можно услышать, когда две близкие музыкальные ноты звучат вместе. Гетеродинный детектор летучих мышей объединяет крик летучей мыши с постоянной внутренней частотой, так что генерируются сумма и разность частот. Например, крик летучей мыши на частоте 45 кГц и внутренняя частота 43 кГц производят выходные частоты 2 кГц и 88 кГц. Частота 88 кГц неслышима и отфильтровывается, а частота 2 кГц подается на громкоговоритель или наушники. Внутренняя частота отображается на циферблате или на дисплее.

Более качественная версия гетеродинного детектора летучих мышей или детектора прямого преобразования — это супергетеродинный детектор. В этом случае сигнал летучей мыши смешивается с высокочастотным генератором, обычно около 450–600 кГц. Затем разностная частота усиливается и фильтруется на «промежуточной частоте» или усилителе IF перед тем, как снова преобразовываться в слышимые частоты. Эта конструкция, основанная на стандартной конструкции радиоприемника, обеспечивает улучшенную частотную дискриминацию и позволяет избежать проблем с помехами от местного генератора.

В более современных детекторах на базе DSP гетеродинное преобразование может выполняться полностью цифровым способом.

Также можно использовать генератор «гребенчатого спектра» в качестве локального генератора, чтобы детектор эффективно настраивался на многие частоты, отстоящие друг от друга на 10 кГц, одновременно.

Некоторые ранние детекторы летучих мышей использовали бывшие военно-морские низкочастотные радиостанции, просто заменяя антенну микрофоном и предварительным усилителем. Также можно модифицировать портативное длинноволновое радио в детектор летучих мышей, отрегулировав частоты настройки и заменив антенну с ферритовым стержнем на микрофон и предварительный усилитель.

Оператор угадывает вероятный вид, который будет присутствовать, и настраивает частоту соответствующим образом. Многие пользователи начинают слушать около 45 кГц. Если видна летучая мышь или слышен звук, похожий на крик летучей мыши, частота настраивается вверх и вниз, пока не будет слышен самый чистый звук.

Такие виды, как нетопыри, которые заканчивают свой крик "хоккейной клюшкой" CF-компонента, можно распознать по самой низкой частоте, которая дает самый чистый звук "хлоп". Подковоносы издают писк на частоте, зависящей от их вида. Все FM-крики, как правило, звучат как щелчки, но начальная и конечная частоты, а также шаблон повторения крика могут дать подсказки относительно вида.

Преимущества гетеродинного детектора летучих мышей в том, что он работает в реальном времени, преувеличивает изменения частоты крика летучих мышей, прост в использовании и является наименее дорогим. Легко распознать доплеровский сдвиг в CF-криках летающих летучих мышей из-за их скорости полета. Стереопрослушивание и запись возможны с такими моделями, как стереогетеродинный детектор CSE, и это может помочь отслеживать летучих мышей в условиях плохой видимости.

Недостатками гетеродинного детектора летучих мышей являются то, что он может преобразовывать только узкую полосу частот, как правило, 5 кГц, и его необходимо постоянно перенастраивать, а также он может легко пропустить виды, находящиеся за пределами его текущего настроенного диапазона.

Детекторы летучих мышей с частотным разделением (FD) синтезируют звук, который является частью частот крика летучей мыши, обычно 1/10. Это делается путем преобразования крика в квадратную волну , иначе называемую сигналом пересечения нуля. Затем эта квадратная волна делится с помощью электронного счетчика на 10, чтобы получить еще одну квадратную волну. Квадратные волны звучат резко и содержат гармоники , которые могут вызвать проблемы при анализе, поэтому они отфильтровываются, где это возможно. Некоторые современные полностью цифровые детекторы могут синтезировать синусоидальную волну вместо прямоугольной волны. Одним из примеров детектора, который синтезирует синусоидальный выходной сигнал FD, является Griffin.

Некоторые детекторы FD выводят этот постоянный уровень сигнала, который отображает фоновый шум и крики летучих мышей на одинаково высоком уровне. Это вызывает проблемы как при прослушивании, так и при анализе. Более сложные детекторы FD, такие как Batbox Duet, измеряют уровень входящего уровня громкости, ограничивая порог шума, и используют это для восстановления изменений выходного уровня. Этот и другие сложные детекторы FD также включают гетеродинный детектор и обеспечивают выходной разъем, чтобы можно было записывать независимые выходы для последующего анализа.

С детекторами FD с двойным выходом наушники могут использоваться для мониторинга обоих выходов одновременно, или громкоговоритель может использоваться с функцией гетеродина, а выход FD может быть записан и проанализирован позже. В качестве альтернативы прослушивание выхода FD дает слышимую визуализацию крика летучей мыши на частоте 1/10. Примером двойного детектора является Ciel CDB301.

Двойные детекторы FD/гетеродин полезны для трансектов по пересеченной местности, особенно когда есть функция записи голосовых заметок, таких как время, местоположение и распознанные крики летучих мышей. Выходные данные записываются на кассетную ленту, минидиск или твердотельные рекордеры, загружаются на компьютер и анализируются с помощью специального программного обеспечения. Пропущенные функцией гетеродина вызовы, если они присутствуют, можно увидеть и измерить при анализе.

Преимущества. Как и гетеродинный детектор, детектор FD работает в реальном времени с функцией гетеродина или без нее. Звонки летучих мышей можно услышать целиком во всем диапазоне, а не в ограниченном диапазоне частот. Перенастройка с детектором FD не требуется, хотя она выполняется в случае двойного типа с гетеродином. Анализируя запись позже, можно измерить весь диапазон частот звонка и шаблон звонка.

Серьезным недостатком прослушивания в реальном времени является то, что скорость крика летучей мыши остается высокой, часто слишком быстрой для распознавания вида. Изменения частоты криков CF не преувеличены, как при гетеродинном детекторе, и поэтому менее заметны. Также у некоторых видов, таких как малый подковонос с криком около 110 кГц, результирующая частота все еще довольно высока, хотя ее можно записать. Синтезирование крика означает, что только один крик летучей мыши может быть воспроизведен за раз, и одновременные крики вызывают путаницу. Удивительно, но это не является большим недостатком при последующем анализе записи

Детекторы расширения времени (TE) работают по принципу оцифровки звуков летучих мышей с высокой частотой дискретизации с использованием аналого-цифрового преобразователя и сохранения оцифрованного сигнала во встроенной памяти.

Детекторы TE являются устройствами «реального времени», то есть их можно контролировать во время записи, но при этом возникает неизбежная задержка, поскольку высокоскоростной отснятый материал замедляется и воспроизводится повторно.

В режиме реального времени, с или без связанного гетеродинного или FD-детектора, замедленные вызовы можно услышать как протяжный крик летучей мыши на слышимых частотах. Поэтому быстрые FM-вызовы можно услышать как нисходящую ноту вместо щелчка. Таким образом, можно услышать разницу между FM-вызовами, которые на других типах детекторов звучат просто как щелчки.

После загрузки аудиозаписи на компьютер исходные звонки анализируются так, как если бы они имели исходную нерасширенную частоту.

Выходной сигнал может быть записан с помощью аудиорекордера, как в детекторах FD, или в более современных устройствах сигнал может быть записан непосредственно во внутреннюю цифровую память, например, на карту памяти Compact Flash. Записывается вся форма волны с сохранением полного диапазона вызова, а не 1/10 формы волны, как в детекторе FD. Поскольку в записанном вызове сохраняется как информация о частоте, так и об амплитуде, для анализа видов доступно больше данных.

Ранние устройства были оснащены небольшой памятью, что ограничивало продолжительность времени, которое можно было оцифровать. После заполнения памяти (обычно всего несколько секунд максимум) устройство затем воспроизводило запись на более медленной скорости, обычно от 1/10 до 1/32 скорости исходной записи. Пока записанный образец воспроизводится медленно, ничего не записывается, поэтому крики летучих мышей сэмплируются прерывисто. Например, когда 1-секундный крик воспроизводится на скорости 1/32, 32 секунды криков летучих мышей не записываются.

Более современные регистраторы с расширением по времени используют большую флэш-память (например, съемные компактные флэш-карты) и запись на карту с высокой пропускной способностью для обеспечения непрерывной записи в реальном времени с полной пропускной способностью. Такие устройства могут записывать непрерывно в течение многих часов, сохраняя при этом максимальную информацию в сигнале.

Некоторые устройства также оснащены функцией автоматической записи, и их можно оставлять в полевых условиях на много дней.

Некоторые устройства также включают функцию предварительной буферизации для фиксации событий, произошедших незадолго до нажатия кнопки «запись», что может быть полезно при ручных опросах.

Детекторы TE обычно используются в профессиональной и исследовательской работе, поскольку они позволяют впоследствии провести полный анализ звуков, издаваемых летучими мышами.

Исследования 2010 года показали, что частоты, используемые летучими мышами, могут достигать 250 кГц. ^[2] ). Теорема дискретизации Найквиста-Шеннона гласит, что минимальная частота дискретизации, необходимая для успешной записи сигнала, должна быть больше, чем в два раза больше ширины полосы пропускания сигнала. Таким образом, для записи полосы пропускания 250 кГц требуется частота дискретизации более 500 кГц. Современные устройства, поддерживающие функцию Time-Expansion, обычно выполняют дискретизацию на частоте от 300 кГц до 700 кГц. В целом, чем быстрее, тем лучше, хотя более высокая частота дискретизации требует больше места для хранения.

ZCA чаще всего ассоциируется с детектором летучих мышей Anabat от Titley Scientific. ^[3] Оригинальные крики летучих мышей оцифровываются, а точки пересечения нуля используются для создания потока данных, который записывается на карту памяти. Существуют сложные элементы управления синхронизацией и запуском, и устройство может быть настроено на реагирование на крики летучих мышей, так что многие часы записи доступны в ситуациях без участия человека. Цель ZCA — сократить объем данных, которые должны быть записаны в память, и может рассматриваться как простая форма сжатия данных с потерями . Исторически для достижения длительного времени записи такое сокращение информации было необходимо из-за ограничений емкости памяти и стоимости памяти.

Твердотельная запись ZCA анализируется специальным программным обеспечением для создания временного/частотного графика каждого звука, который можно исследовать для распознавания вида аналогично записям FD или TE.

Детектор ZCA обычно размещается в гнезде или на пути полета летучих мышей и оставляется на несколько дней для сбора данных. Таким образом, это менее трудоемко, чем использование пилотируемого детектора летучих мышей в режиме реального времени.

Хотя детектор ZCA также может использоваться в режиме реального времени, его ценность заключается в удаленной записи в течение длительных периодов. Анализ аналогичен анализу для записей FD, но данные об амплитуде не включены. Однако он точно записывает каждую точку пересечения нуля, а не только одну из десяти. Как и все записывающие устройства, запускаемые входом, автоматически записывающий детектор ZCA подвержен ультразвуковым помехам от насекомых, таких как сверчки. Фильтры могут быть написаны для выбора характерной частоты определенных видов и игнорирования других; некоторые (виды CF) легче фильтруются, другие почти невозможны.

Это можно сделать с помощью высокоскоростного периферийного устройства оцифровки на компьютере, например, ноутбуке. Это не детектор летучих мышей как таковой, но записи криков летучих мышей можно анализировать аналогично записям TE. Этот метод создает большие файлы данных и не дает никаких средств обнаружения криков летучих мышей без одновременного использования детектора летучих мышей. Однако существуют и более сложные системы, такие как Avisoft-UltraSoundGate, которые могут заменить обычный детектор летучих мышей. Эти передовые системы дополнительно обеспечивают спектрографическое отображение в реальном времени, автоматизированные инструменты измерения и классификации параметров криков, интегрированную функциональность GPS и универсальный инструмент ввода метаданных для документирования записей.

Детекторы летучих мышей на основе цифровой обработки сигналов (DSP) призваны обеспечить акустически точное отображение звуков летучих мышей с помощью цифрового сигнального процессора для преобразования ультразвуковых сигналов летучих мышей в слышимые звуки; для достижения этой цели используются различные алгоритмы, и в настоящее время ведется активная разработка и настройка алгоритмов.

Одна из стратегий, называемая «сдвигом частоты», использует анализ сигнала БПФ для определения основной частоты и мощности сигнала, а затем с помощью цифрового моделирования синтезируется новая звуковая волна из исходной, деленной на определенное значение.

Процессы частотного разделения и гетеродинного преобразования также могут выполняться в цифровом виде.

Предполагается, что этот тип детектора летучих мышей находится на стадии подготовки к производству или экспериментальной разработки и недоступен для коммерческого использования. ^{[ необходима ссылка ]} Ведутся исследования по анализу многих типов ультразвуковых сигналов и звуков, помимо звуков летучих мышей. ^[4]

Детектор TDSC оцифровывает исходные звуки и выводит двумерную строку данных, анализируя параметры каждого звука по времени. Это анализируется нейронной сетью для обеспечения распознавания образов для каждого вида.

Визуальное наблюдение является очевидным средством обнаружения летучих мышей, но, конечно, это можно сделать только в дневное время или в сумеречных условиях (т. е. в сумерках и на рассвете). Подсчет вылетающих летучих мышей проводится визуально в сумерках с использованием детектора летучих мышей для подтверждения вида. В условиях низкой освещенности можно использовать прибор ночного видения , но более доступный тип поколения 1 имеет задержку, которая не позволяет получить подходящее изображение летящей летучей мыши.

Инфракрасные (ИК) камеры и видеокамеры используются с ИК-осветителем для наблюдения за выходом летучих мышей и их поведением внутри и снаружи гнезд. Проблема этого метода в том, что получение подсчета из записи утомительно и занимает много времени, но видеокамеры могут быть полезны в качестве резервного варианта для подсчета выходов из гнезд, чтобы наблюдать за возвращением летучих мышей в гнездо. Многие видеокамеры Sony чувствительны к инфракрасному излучению.

Инфракрасные лучевые устройства обычно состоят из двойного массива невидимых ИК-лучей. Размер входа в насест определяет необходимое количество лучей и, следовательно, требуемую мощность и потенциал для использования вне сети. Однолучевые системы DIY доступны для ящиков для летучих мышей, но они не регистрируют направление транзита. Почти все системы, используемые сегодня, являются некоммерческими или самодельными. Система, используемая в некоторых шахтах в Висконсине, использует два массива лучей, однако они расположены довольно далеко друг от друга и, следовательно, регистрируют только около 50% летучих мышей, хотя экстраполированные цифры достигаются путем корреляции видео с меткой времени и данных о разрыве луча. Сельский совет Уэльса (CCW) использует две похожие системы с лучами, расположенными достаточно близко друг к другу, чтобы регистрировать каждую летучую мышь, проходящую через вход, вместе с температурой. Эти системы требуют либо питания от сети, либо 12-вольтовых аккумуляторов глубокого цикла. Их можно использовать вместе с Anabat Zcaim, установленным в 6-дюймовой почвенной трубе и направленным на вход в насест, для различения видов путем сопоставления данных временных меток с ИК-матрицы и отфильтрованных данных Anabat Zcaim для подковоносов (это сравнительно просто из-за их легко идентифицируемой эхолокации CF, которую можно автоматически фильтровать с помощью программного обеспечения Anabat).

Данные от систем прерывания луча должны быть тщательно проанализированы, чтобы исключить «поведение выборки света» (выборку окружающей среды), когда летучие мыши неоднократно покидают насест и немедленно возвращаются, если условия не подходят. Некоторые системы различают животных размером с летучую мышь; они определяют, прерываются ли лучи животным размером с летучую мышь, и игнорируют все другие транзиты. Важно, чтобы данные анализировались с использованием методологии, которая учитывает поведение выборки света. Метод, который, по-видимому, дает наиболее точные результаты, следующий: транзит «из» назначается 1, транзит «в» назначается -1. Начальный счет устанавливается на ноль в 16:00 ежедневно. Используя электронную таблицу, счета суммируются кумулятивно с 16:00 каждого дня до 9:00 следующего дня. Максимальный «положительный» счет можно легко найти для каждого дня. Поскольку каждый транзит имеет временную метку, точное время максимального дневного счета также известно. Подсчеты световых проб исключаются из данных, поскольку «исходящая» 1 отменяется «входящей» -1, в результате чего кумулятивный подсчет для летучих мышей, осуществляющих световые пробы, равен нулю.

Тепловизоры , которые имеют достаточно высокое разрешение для регистрации летучих мышей на расстоянии более 30 метров, стоят дорого, но использовались для оценки опасности ветряных турбин для птиц и летучих мышей. «Доступные» тепловизоры имеют диапазон обнаружения летучих мышей примерно того же порядка, что и акустические детекторы летучих мышей, из-за небольшого размера и низкого тепловыделения летучих мышей.

Пассивные инфракрасные датчики работают медленно, их скорость реакции составляет порядка десятой доли секунды, и они, как правило, не способны обнаружить небольшое быстрое млекопитающее, например летучую мышь.

Радар использовался для обнаружения летучих мышей за пределами акустического предела, но он очень дорог в плане оборудования и человеко-часов. Установки BASH (Bird Aircraft Strike Hazard) способны обнаруживать летучих мышей, но обычно они расположены там, где летучие мыши летают редко. Существует очень мало подходящих мобильных наземных радаров, доступных где-либо. Ручные доплеровские радиолокационные модули использовались в полевых условиях, чтобы позволить исследователям компенсировать доплеровский сдвиг, налагаемый на записи сигналов летучих мышей из-за скорости их полета. Это позволяет исследователям определить, меняют ли летучие мыши высоту своих криков в полете.

• Идентификация видов летучих мышей

• Обзоры детекторов летучих мышей
• Создайте простой детектор летучих мышей
• Руководство по детекторам летучих мышей от Bat Conservation Trust
• Общество ученых-любителей Нью-Джерси: создание простого детектора летучих мышей