蹄蝠科（Hipposideridae）和菊頭蝠科（Rhinolophidae）蝙蝠的超聲聲納發(fā)射系統(tǒng)具有獨(dú)特的動態(tài)特性,即鼻孔周圍具有復(fù)雜擋板形狀的結(jié)構(gòu)（“鼻葉”）在特定肌肉的控制下可以在聲納信號發(fā)射期間發(fā)生主動動態(tài)形變。數(shù)值模擬和仿生研究表明這種動態(tài)特性可以顯著改變發(fā)射聲場分布并引入時變特性,使得發(fā)射聲場成為時間、空間角度和載波頻率的函數(shù),而且新增加的時間維度可以為蝙蝠編碼額外有用的傳感信息。但是這種動態(tài)特性帶來的時變傳感效應(yīng)的機(jī)理尚不清楚,故而到目前為止,類似的動態(tài)特性還沒有被用于相關(guān)的工程應(yīng)用（如聲納或雷達(dá)）,而且蝙蝠仿生機(jī)器人中幾乎所有的聲納發(fā)射器都是靜態(tài)的,但現(xiàn)有動態(tài)仿生聲納發(fā)射器所基于的蝙蝠種類（馬鐵菊頭蝠）比較單一,缺少對比模型。因此,針對發(fā)射器動態(tài)特性的時變傳感效應(yīng),本文從仿生學(xué)角度出發(fā),將普氏蹄蝠的動態(tài)聲納發(fā)射系統(tǒng)與工程技術(shù)相結(jié)合,設(shè)計并搭建了一種新型仿生動態(tài)聲納發(fā)射器,并以此為模型對發(fā)射器動態(tài)特性產(chǎn)生的時變特征及其編碼的傳感信息進(jìn)行了系統(tǒng)研究。本文以普氏蹄蝠鼻葉結(jié)構(gòu)為對象設(shè)計了一種可真實(shí)重現(xiàn)鼻葉運(yùn)動的新型仿生動態(tài)聲納發(fā)射器,豐富了仿生蝙蝠種類并為現(xiàn)有動態(tài)發(fā)射器構(gòu)造了... 

【文章頁數(shù)】：177 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 蝙蝠聲納系統(tǒng)
        1.1.1 蝙蝠聲納系統(tǒng)簡介
        1.1.2 蝙蝠聲納系統(tǒng)的動態(tài)特性
        1.1.3 蝙蝠聲納系統(tǒng)的優(yōu)勢
    1.2 蝙蝠仿生聲納系統(tǒng)
        1.2.1 仿生聲納的工程研究意義
        1.2.2 仿生聲納的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 存在的主要問題
    1.4 本文的研究目的、意義和主要研究內(nèi)容
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 研究意義
        1.4.3 主要研究內(nèi)容
第2章 基于普氏蹄蝠鼻葉運(yùn)動的仿生動態(tài)聲納發(fā)射器設(shè)計
    2.1 蝙蝠鼻葉運(yùn)動實(shí)驗(yàn)
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)對象
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)平臺
        2.1.3 實(shí)驗(yàn)步驟
        2.1.4 數(shù)據(jù)處理
    2.2 蝙蝠鼻葉運(yùn)動對發(fā)射聲場分布的影響
        2.2.1 鼻葉運(yùn)動的定量描述
        2.2.2 發(fā)射聲場分布的定量描述
        2.2.3 相關(guān)性分析
    2.3 仿生動態(tài)聲納發(fā)射器的設(shè)計
        2.3.1 柔性仿生鼻葉模型
        2.3.2 驅(qū)動裝置
        2.3.3 控制系統(tǒng)
        2.3.4 超聲發(fā)射系統(tǒng)
    2.4 本章小結(jié)
第3章 基于仿生動態(tài)發(fā)射器的時變特征及影響因素分析
    3.1 時變波束圖
        3.1.1 超聲聲納信號設(shè)計
        3.1.2 實(shí)驗(yàn)方法
        3.1.3 數(shù)據(jù)處理
        3.1.4 時變波束特征
    3.2 時變波束特征的定量分析
        3.2.1 時變波束圖的梯度
        3.2.2 平均梯度幅值
        3.2.3 梯度方向的信息熵
        3.2.4 與簡化凹形擋板模型對比
    3.3 時變波束特征的方差分析
        3.3.1 方差分析方法
        3.3.2 分析結(jié)果
    3.4 本章小結(jié)
第4章 基于仿生動態(tài)發(fā)射器的時變發(fā)射聲場固有維度分析
    4.1 時變發(fā)射聲場設(shè)計
        4.1.1 時間維度設(shè)計
        4.1.2 空間角度維度設(shè)計
        4.1.3 載波頻率維度設(shè)計
    4.2 時變發(fā)射聲場分布
        4.2.1 仿生鼻葉運(yùn)動重建
        4.2.2 聲納信號處理
        4.2.3 三維時變發(fā)射聲場分布
    4.3 時變發(fā)射聲場的固有維度分析
        4.3.1 固有維度簡介
        4.3.2 Isomap算法
        4.3.3 時變發(fā)射聲場的固有維度分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 時變發(fā)射聲場各維度的傳感信息編碼能力分析
    5.1 微分熵分析
        5.1.1 微分熵的定義
        5.1.2 微分熵的非參數(shù)估計
        5.1.3 基于k近鄰點(diǎn)的微分熵估計算法
    5.2 時變發(fā)射聲場的微分熵分析
        5.2.1 分析步驟
        5.2.2 時間維度上的微分熵
        5.2.3 載波頻率維度上的微分熵
        5.2.4 空間角度維度上的微分熵
        5.2.5 三個維度上微分熵對比
        5.2.6 微分熵與標(biāo)準(zhǔn)差的相關(guān)性分析
    5.3 時間和載波頻率維度之間的相對熵分析
        5.3.1 相對熵的定義
        5.3.2 基于最近鄰點(diǎn)的相對熵算法
        5.3.3 時間和載波頻率維度之間相對熵的分析方法
        5.3.4 結(jié)果分析
    5.4 本章小結(jié)
第6章 時變聲納信號期間任意時刻波束圖之間的互信息分析
    6.1 互信息的定義
        6.1.1 基于離散熵的互信息
        6.1.2 基于微分熵的互信息
    6.2 基于離散熵的波束圖之間互信息分析
        6.2.1 譜聚類方法
        6.2.2 波束圖之間互信息的分析步驟
        6.2.3 結(jié)果分析
    6.3 基于微分熵的波束圖之間互信息分析
        6.3.1 KSG互信息算法
        6.3.2 波束圖之間互信息的分析步驟
        6.3.3 結(jié)果分析
    6.4 本章小結(jié)
結(jié)論和展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與參與的科研項目
致謝
附錄: 發(fā)表英文論文
學(xué)位論文評閱及答辯情況表


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于HEALPix的全球地形可視化技術(shù)[J]. 陳強(qiáng),朱青.  計算機(jī)仿真. 2015(05)
[2]譜聚類算法綜述[J]. 蔡曉妍,戴冠中,楊黎斌.  計算機(jī)科學(xué). 2008(07)
[3]步進(jìn)電機(jī)的選型與計算[J]. 范超毅,范巍.  機(jī)床與液壓. 2008(05)

博士論文
[1]馬鐵菊頭蝠超聲聲納系統(tǒng)中的耳朵形變研究[D]. 高麗.山東大學(xué) 2012

碩士論文
[1]新型生物聲納探測裝置的設(shè)計與優(yōu)化[D]. 符濤濤.南京理工大學(xué) 2013
[2]一種新型生物聲納導(dǎo)盲儀的研究與開發(fā)[D]. 王猛.南京理工大學(xué) 2012



本文編號：3722880