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(dòng)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(hào)發(fā)射期間發(fā)生主動(dòng)動(dòng)態(tài)形變。數(shù)值模擬和仿生研究表明這種動(dòng)態(tài)特性可以顯著改變發(fā)射聲場(chǎng)分布并引入時(shí)變特性,使得發(fā)射聲場(chǎng)成為時(shí)間、空間角度和載波頻率的函數(shù),而且新增加的時(shí)間維度可以為蝙蝠編碼額外有用的傳感信息。但是這種動(dòng)態(tài)特性帶來的時(shí)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(dòng)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(dòng)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(duì)比模型。因此,針對(duì)發(fā)射器動(dòng)態(tài)特性的時(shí)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(dòng)態(tài)聲納發(fā)射系統(tǒng)與工程技術(shù)相結(jié)合,設(shè)計(jì)并搭建了一種新型仿生動(dòng)態(tài)聲納發(fā)射器,并以此為模型對(duì)發(fā)射器動(dòng)態(tài)特性產(chǎn)生的時(shí)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(duì)象設(shè)計(jì)了一種可真實(shí)重現(xiàn)鼻葉運(yùn)動(dòng)的新型仿生動(dòng)態(tài)聲納發(fā)射器,豐富了仿生蝙蝠種類并為現(xiàn)有動(dòng)態(tài)發(fā)射器構(gòu)造了... 

【文章頁數(shù)】：177 頁

【學(xué)位級(jí)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(jiǎn)介
        1.1.2 蝙蝠聲納系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性
        1.1.3 蝙蝠聲納系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)
    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?jī)?nèi)容
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 研究意義
        1.4.3 主要研究?jī)?nèi)容
第2章 基于普氏蹄蝠鼻葉運(yùn)動(dòng)的仿生動(dòng)態(tài)聲納發(fā)射器設(shè)計(jì)
    2.1 蝙蝠鼻葉運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
        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(dòng)對(duì)發(fā)射聲場(chǎng)分布的影響
        2.2.1 鼻葉運(yùn)動(dòng)的定量描述
        2.2.2 發(fā)射聲場(chǎng)分布的定量描述
        2.2.3 相關(guān)性分析
    2.3 仿生動(dòng)態(tài)聲納發(fā)射器的設(shè)計(jì)
        2.3.1 柔性仿生鼻葉模型
        2.3.2 驅(qū)動(dòng)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(dòng)態(tài)發(fā)射器的時(shí)變特征及影響因素分析
    3.1 時(shí)變波束圖
        3.1.1 超聲聲納信號(hào)設(shè)計(jì)
        3.1.2 實(shí)驗(yàn)方法
        3.1.3 數(shù)據(jù)處理
        3.1.4 時(shí)變波束特征
    3.2 時(shí)變波束特征的定量分析
        3.2.1 時(shí)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(jiǎn)化凹形擋板模型對(duì)比
    3.3 時(shí)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(dòng)態(tài)發(fā)射器的時(shí)變發(fā)射聲場(chǎng)固有維度分析
    4.1 時(shí)變發(fā)射聲場(chǎng)設(shè)計(jì)
        4.1.1 時(shí)間維度設(shè)計(jì)
        4.1.2 空間角度維度設(shè)計(jì)
        4.1.3 載波頻率維度設(shè)計(jì)
    4.2 時(shí)變發(fā)射聲場(chǎng)分布
        4.2.1 仿生鼻葉運(yùn)動(dòng)重建
        4.2.2 聲納信號(hào)處理
        4.2.3 三維時(shí)變發(fā)射聲場(chǎng)分布
    4.3 時(shí)變發(fā)射聲場(chǎng)的固有維度分析
        4.3.1 固有維度簡(jiǎn)介
        4.3.2 Isomap算法
        4.3.3 時(shí)變發(fā)射聲場(chǎng)的固有維度分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 時(shí)變發(fā)射聲場(chǎng)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(jì)
        5.1.3 基于k近鄰點(diǎn)的微分熵估計(jì)算法
    5.2 時(shí)變發(fā)射聲場(chǎng)的微分熵分析
        5.2.1 分析步驟
        5.2.2 時(shí)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(gè)維度上微分熵對(duì)比
        5.2.6 微分熵與標(biāo)準(zhǔn)差的相關(guān)性分析
    5.3 時(shí)間和載波頻率維度之間的相對(duì)熵分析
        5.3.1 相對(duì)熵的定義
        5.3.2 基于最近鄰點(diǎn)的相對(duì)熵算法
        5.3.3 時(shí)間和載波頻率維度之間相對(duì)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(shí)變聲納信號(hào)期間任意時(shí)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(xiàng)目
致謝
附錄: 發(fā)表英文論文
學(xué)位論文評(píng)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(jì)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(jì)算機(jī)科學(xué). 2008(07)
[3]步進(jìn)電機(jī)的選型與計(jì)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(cè)裝置的設(shè)計(jì)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(hào)：3722880