蝙蝠超声声呐系统中鼻叶及外耳时变的声学功能研究

发布时间：2024-01-15 18:07

　　地球上,通过鼻孔发出声呐信号的蝙蝠大约有300多种,在这些蝙蝠鼻孔周围分布着复杂的组织结构,称之为鼻叶。在蝙蝠中,有两个较大种群具有鼻叶结构：旧大陆菊头蝠科蝙蝠(Rhinolophidae)和新大陆叶口蝠科蝙蝠(Phyllostomide)。由于不同种类蝙蝠的外耳和鼻叶外形结构极其复杂且各不相同,很多研究者对蝙蝠外耳和鼻叶进行了大量研究。研究表明外耳和鼻叶的外形结构具有改变蝙蝠声呐波束空间分布作用,但是鼻叶每一部分所起的声学功能并没有得到完全认证。迄今为止,很少有关于大马铁菊头蝠顶叶时变对声场波束分布影响的研究。本文综合应用两台高速摄相机以及双目视觉方法得到顶叶相应点的运动轨迹,并用超声探测仪同步记录蝙蝠这一时间段内使用的声呐脉冲,再利用高分辨率的X射线断层扫描技术扫描蝙蝠鼻叶和外耳组织,通过数字图像处理方法,三维可视化技术VTK得到可用于有限元方法计算的3D数字蝙蝠鼻叶和外耳模型,利用有限元数值计算方法得到不同模型的声场分布,深入分析了顶叶时变和横槽在顶叶时变中对蝙蝠所发超声的影响,并定量分析FM蝙蝠和CF-FM蝙蝠远场辐射波瓣,得到两种不同声呐信号蝙蝠的异同。所用到的理论知识涉及仿...

【文章页数】：154 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
中文摘要
English Abstract
第一章 概述
    1.1 研究背景
    1.2 蝙蝠的声呐信号
        1.2.1 蝙蝠声呐的研究过程
        1.2.2 蝙蝠声呐信号的类型
        1.2.3 变频蝙蝠和恒频-变频蝙蝠
        1.2.4 蝙蝠声呐信号的共性和差异性
    1.3 大马铁菊头蝠的鼻叶特征及多普勒频移补偿特性
        1.3.1 大菊头蝠的特征
        1.3.2 大马铁菊头蝠的交流及其捕食策略
        1.3.3 大马铁菊头蝠的多普勒频移特点
    1.4 论文的结构、内容、目的和意义
        1.4.1 研究的内容、目的和意义
        1.4.2 论文的结构
第二章 实验和图像处理
    2.1 样品及数据采集
        2.1.1 蝙蝠样品的采集
        2.1.2 数据采集
    2.2 MicroCT扫描和三维重建
        2.2.1 投影图像的获取
        2.2.2 利用投影图像重建断层图像
        2.2.3 断层图像的优化处理
        2.2.4 大马铁菊头蝠鼻叶的可视化
        2.2.5 顶叶结构的数字化处理
        2.2.6 蝙蝠外耳的人工耳道
        2.2.7 声源的处理和声场互易原理
第三章 计算方法
    3.1 标记点的三维数据获得
    3.2 时变参数的优化设置
        3.2.1 顶叶形变起始点和终点的确定
        3.2.2 顶叶不同形变状态对应持续脉冲的时间关系
    3.3 有限元声场模拟计算
        3.3.1 有限元方法的应用
        3.3.2 声场近场分布
        3.3.3 声场的远场分布
    3.4 主瓣和旁瓣区域的划分方法
    3.5 主瓣宽度和重叠率的计算方法
    3.6 主元分析确定外耳耳道方向
第四章 顶叶时变在回声定位系统中的声学功能
    4.1 顶叶时变与声呐波束的关系
        4.1.1 顶叶时变方式
        4.1.2 顶叶形变状态与声呐脉冲的时间对应关系
    4.2 顶叶时变对声呐波束分布的影响
    4.3 顶叶不同形变状态远场辐射波束的定量分析
        4.3.1 主瓣在仰角方向上的宽度
        4.3.2 主瓣、旁瓣的重叠率
第五章 横槽在顶叶时变过程中对超声定位系统的影响
    5.1 体素填充顶叶横槽
    5.2 体素填顶叶横槽填充后远场辐射波束
    5.3 横槽自然状态与体素填充后远场辐射波束的差异
第六章 FM蝙蝠和CF-FM蝙蝠声场的对比分析
    6.1 FM蝙蝠和CF-FM蝙蝠的远场辐射波瓣图
    6.2 CF-FM蝙蝠外耳时变在回声定位系统中的声学功能
        6.2.1 CF-FM蝙蝠外耳时变数据
        6.2.2 CF-FM蝙蝠外耳时变对声场波束的影响
    6.3 CF-FM蝙蝠顶叶和外耳形变后与FM蝙蝠对应声场波束的共性
第七章 总结和展望
    7.1 研究结论小结
    7.2 工作展望
参考文献
致谢
博士期间发表论文
博士期间参加的国际会议
附录 外文论文
附件



本文编号：3878635