馬來假吸血蝠和大足鼠耳蝠超聲波束形成結(jié)構(gòu)的數(shù)值研究.pdf

1、蝙蝠經(jīng)過長時間的進化形成一套成熟的、靈敏的生物聲吶系統(tǒng)，所有小蝙蝠亞目的蝙蝠都可以利用這套聲吶系統(tǒng)進行定位、捕食或環(huán)境探測。蝙蝠由喉部的聲帶振動產(chǎn)生超聲波，通過口腔或鼻腔向外傳播，聲波遇到障礙物后反射回來并被蝙蝠的耳朵接收。目前一些實驗和數(shù)值方面的研究表明，在超聲波向外傳播的過程中，蝙蝠頭部的聲吶器官（例如鼻葉等）可以影響蝙蝠的發(fā)射聲場。本文應(yīng)用數(shù)值計算方法，首次研究了馬來假吸血蝠鼻葉的兩個組成部分（頂葉和前葉）對其發(fā)射聲場的影響，同時

2、還研究了大足鼠耳蝠嘴巴張開的角度對其發(fā)射聲場的影響。
　　本文的研究方法和內(nèi)容包含以下三方面:
　　(1)捕獲蝙蝠樣本并構(gòu)建三維數(shù)字結(jié)構(gòu)。在野外采集蝙蝠樣本后，利用高分辨率的微型X射線CT掃描儀分別對馬來假吸血蝠鼻葉和大足鼠耳蝠的頭部進行X射線掃描，得到這兩種結(jié)構(gòu)的X射線投影投影圖。利用計算機三維錐形光束重建算法得到包含多灰度等級的斷層圖像，將馬來假吸血蝠鼻葉和大足鼠耳蝠頭部的斷層圖像再通過高斯濾波和二值化處理等步驟，得到二

3、值化圖像，最終將這兩種結(jié)構(gòu)的二值化圖像疊加就得到了用立方體體素組成的馬來假吸血蝠鼻葉三維數(shù)字結(jié)構(gòu)和大足鼠耳蝠頭部的三維數(shù)字結(jié)構(gòu)。通過計算機圖像處理和三維可視化技術(shù)分別剔除馬來假吸血蝠鼻葉的兩個組成部分（頊葉和前葉），得到三種鼻葉結(jié)構(gòu)，即完整的鼻葉結(jié)構(gòu)、無頂葉的鼻葉結(jié)構(gòu)、無前葉的鼻葉結(jié)構(gòu);對于大足鼠耳蝠的頭部，則通過旋轉(zhuǎn)下頜部位，得到嘴巴具有不同張開角度的頭部數(shù)字結(jié)構(gòu)。
　　(2)聲場的計算?；跇?gòu)建的三維數(shù)字結(jié)構(gòu)，在適當(dāng)?shù)奈恢锰砑?/p>

4、激勵源并進行數(shù)值仿真計算，計算區(qū)域分為近場和遠場。近場采用時域有限差分法，將計算區(qū)域進行網(wǎng)格化處理，網(wǎng)格元胞的邊長就等于三維數(shù)字結(jié)構(gòu)的立方體體素邊長，設(shè)置完全匹配層來模擬開域聲場，得到近場聲場的聲壓幅值;基于近場數(shù)值結(jié)果利用基爾霍夫積分公式得到遠場聲場計算結(jié)果。聲場近場的數(shù)值解通過三個可移動的且互相垂直的平面表示，不同的顏色表示不同的聲場幅值;聲場遠場則采用輻射波瓣圖表示，波瓣圖不能表示具體的遠場幅值，所以應(yīng)該重點關(guān)注波瓣圖的外形。

5、r>　　(3)數(shù)值計算結(jié)果的分析。計算結(jié)果的定量分析則需要通過輻射波瓣圖的方向性相關(guān)系數(shù)或波瓣圖方向性指數(shù)等方法進行分析。最后，計算結(jié)果的討論則需要借助現(xiàn)有的物理理論，由復(fù)雜的關(guān)系發(fā)現(xiàn)簡單的對應(yīng)關(guān)系。
　　通過分析計算結(jié)果主要得到以下結(jié)論:
　　(1)馬來假吸血蝠鼻葉的兩個組成部分（頂葉和前葉）對其發(fā)射聲場具有顯著影響。這兩個組成部分在輻射波束形成的過程中起著不同的作用，并且分別在不同的頻域內(nèi)對輻射聲場產(chǎn)生影響:低頻范圍內(nèi)，