论文摘要
不同的生活环境使世界上超过900种的蝙蝠表现出了巨大的差异性。共有的回声定位任务使蝙蝠的声纳具有统一的共性,而生活环境的差异则会使其声纳结构产生具体的针对性,以便它们能够获得最大的生存优势。为了研究蝙蝠耳瓣的特征,本项研究使用了数值分析的方法来定量的研究耳朵形态的共性与差异性,利用主成分分析的方法来研究100只蝙蝠耳朵的本征耳朵。柱坐标下耳朵内面和外面的离散点被用来表示蝙蝠耳朵的结构。由柱坐标里的点提取的本征向量和本征值表示了蝙蝠耳朵的特征以及每个特征在这组数据中的重要程度。蝙蝠耳朵在本征向量空间中的分布反映了蝙蝠耳朵的特征,两只耳朵在空间中距离越近则其相似性越高。给定本征耳朵一定的系数将引起耳朵形状的改变,由此也会引起相应波束形成的改变。由蝙蝠耳朵在本征空间中的分布发现,各蝙蝠的品种出现了集聚性,即同一属的蝙蝠聚集在了一个有限大的范围内。从蝙蝠所发超声的类型看,不同超声类型的蝙蝠耳朵展现出了明显的差异性。为了研究本征向量(本征耳朵)的声学特性,这里将本征向量的坐标原点放在了平均耳朵的位置。平均耳朵是一个类似于斜截锥的简单结构,由它所产生的声场是一个基本主瓣向上指的简单波束。第一本征向量的形状与平均耳朵很相似,所以将第一本征向量与平均耳朵相加或相减,就会使所得结果的耳朵形状变粗或变细,这也将导致其所形成的波束变粗或变细。第二本征向量分成左右两部分,会导致水平方向上的对称破缺,由此也会导致波束上的对称破缺。第三本征向量分成上下两部分,会导致竖直方向的对称破缺,因而也会导致波束对称破缺。把这些本征向量进行适当的组合,将会产生特定形状的波束。所以可以把这些本征向量作为具有特定功能的基本模块,通过它们的组合来设计天线。
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摘要Abstract1 背景概述1.1 声纳结构的特异化1.2 耳瓣差异性1.3 声音信号的差异性1.4 蝙蝠声纳的共有性能1.4.1 发声效率高1.4.2 精度高1.4.3 抗干扰性强1.5 研究的目的和意义2 主成分分析的基本概念2.1 相关数学背景2.1.1 方差2.1.2 协方差2.1.3 协方差矩阵2.1.4 本征向量2.1.5 本征值2.2 主成分分析2.2.1 获取样本2.2.2 去除平均值2.2.3 计算协方差矩阵2.2.4 计算协方差矩阵的本征值与本征向量2.2.5 组建特征空间3 对蝙蝠耳瓣的主成分分析3.1 准备工作:数据的获取3.1.1 样品采集3.1.2 利用Micro-CT进行样品扫描3.1.3 数据重建3.1.4 数据整理3.1.5 数据可视化3.2 实际问题及解决方案3.2.1 三维结构到二维平面的转换3.2.2 数据转换轴的确定规则3.2.3 耳朵位置的统一化3.2.4 耳朵空白区域数值的确定3.3 本征值分析的步骤3.3.1 在耳朵底部放置柱坐标原点3.3.2 扫描展开轴允许的角度3.3.3 最优展开轴的确定3.3.4 将耳朵结构展开成二维平面3.3.5 计算耳朵平面的协方差矩阵3.3.6 计算协方差矩阵的本征值和本征向量3.3.7 耳朵在本征向量空间中的分布4 对本征耳朵的声场模拟4.1 本征向量对平均耳朵的扭曲4.1.1 第一本征向量:耳朵的粗细4.1.2 第二本征向量:耳朵的左右倾斜4.1.3 第三本征向量:耳朵的前后倾斜4.2 合成耳朵的参数4.2.1 耳朵的高度4.2.2 耳朵开口区域的定义4.2.3 耳道位置的确定4.3 声场模拟的参数4.3.1 声音频率4.3.2 声速5 结果分析5.1 蝙蝠耳朵形状的本质特性5.2 用少数本征耳朵合成蝙蝠的近似耳朵5.3 蝙蝠耳朵形状特性在本征耳朵中的反映5.3.1 从种类角度看蝙蝠耳朵的共性与差异性5.3.2 从声纳信号角度看蝙蝠耳朵的共性与差异性5.4 本征耳朵对于波束形成的作用5.4.1 第一本征向量对声场的影响5.4.2 第二本征向量对声场的影响5.4.3 第三本征向量对声场的影响6 前景展望6.1 利用本征分析对蝙蝠耳朵分类6.1.1 耳朵形态与基因的关系6.1.2 一个可能的区分蝙蝠种类的方法6.1.3 直接提取适应于某种环境的声纳特征6.2 耳朵形状与声场特性的更细节的关系6.2.1 单个本征向量对声场的影响6.2.2 多个本征向量共同对声场的影响附录A:研究所使用蝙蝠的种类参考文献致谢硕士期间发表论文学位论文评阅及答辩情况表
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标签：蝙蝠耳朵论文; 本征分析论文; 共性论文; 差异性论文; 波束形成论文;
