蝙蝠生物聲納聲場波束的本征分析.pdf

1、本文通過研究運(yùn)用數(shù)值模擬方法得到的蝙蝠耳瓣聲場波束方向圖，通過分析不同蝙蝠聲場波束的共性及特性，在全局的角度細(xì)致探討蝙蝠生物聲納聲場波束形成的特點(diǎn)。
　　 為提高信號的信噪比，保證信號傳輸過程中的可靠性，智能天線技術(shù)成為近年移動通信領(lǐng)域中的一個研究熱點(diǎn)。而波束形成是智能天線中的關(guān)鍵技術(shù)之一。現(xiàn)在智能天線一般通過陣列天線的相位調(diào)制，進(jìn)行聲場波束的調(diào)制。而蝙蝠的耳瓣僅通過單個天線對聲音的反射，即達(dá)到聲場形成的目的，這為設(shè)計(jì)新型智能天

2、線提供了一個非常好的依據(jù)。但蝙蝠耳瓣在形態(tài)上千差萬別，如何選取具有特定功能的形狀是非常重要的一個課題。這首先需要對蝙蝠聲場波束進(jìn)行分析，得到本征波束以及人工合成特定聲場波束的方法，在分析本征聲場波束與外耳形態(tài)的對應(yīng)關(guān)系后，最終達(dá)到設(shè)計(jì)新型智能天線目的。
　　 蝙蝠外耳的復(fù)雜結(jié)構(gòu)是蝙蝠調(diào)解波束的重要手段。由于其過于復(fù)雜，通過蝙蝠外耳形狀得到聲場解析解不太可能。但通過數(shù)值模擬可以得到近場聲壓數(shù)值解，進(jìn)而得到聲場波束遠(yuǎn)場方向圖。本項(xiàng)研

3、究選取了50種蝙蝠分別計(jì)算其外耳在其所用頻率下的聲場波束。由于很多蝙蝠屬于變頻(FM)蝙蝠，所用頻率屬于寬帶，每種蝙蝠我們在其發(fā)聲范圍選取步長相等的十個頻率進(jìn)行計(jì)算。在進(jìn)行聲場指向調(diào)整，球面小波壓縮后，運(yùn)用主成分分析的方法求得蝙蝠聲納平均波束以及本征波束。通過改變本征波束權(quán)重對聲場波束的影響，分析本征波束的物理意義。根據(jù)不同蝙蝠聲場波束在本征波束空間中的分布特點(diǎn)，分析蝙蝠生物聲納功能特性的一般特點(diǎn)，在聲場波束形成這一功能性方面分析生物聲

4、納波束形成的一般規(guī)律。并在平均聲場的基礎(chǔ)上加上不同權(quán)重的本征聲場合成人工聲場波束。解決聲場波束形成問題。
　　 從平均聲場波束來看，蝙蝠平均聲場波束為單一指向的簡單結(jié)構(gòu)，隨頻率增加伴有輕微收束現(xiàn)象，而隨頻率增加的收束是所有天線系統(tǒng)的共有特性。根據(jù)平均聲場波束疊加不同權(quán)重的本征波束得到的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，第一本征波束代表波束寬度，即第一本征波束權(quán)重增大將導(dǎo)致波束寬度變寬。第二本征波束代表旁瓣大小及收束特性，即第二本征波束權(quán)重越大

5、，旁瓣越大，隨頻率增大的收束現(xiàn)象越明顯，當(dāng)?shù)诙菊鞑ㄊ鵀樨?fù)值時，不表現(xiàn)這些特性。由不同蝙蝠聲場波束在本征波束空間中的分布，得到蝙蝠根據(jù)聲納信號分類出現(xiàn)聚集性的特點(diǎn)。根據(jù)在本征空間中，距離遠(yuǎn)近表示其相似性程度，以及第一本征波束的物理意義，得到恒頻蝙蝠波束寬度較窄，聚集程度較高，調(diào)頻蝙蝠波束寬度較寬，聚集程度較低，具有多樣性的特點(diǎn)。將本征聲場波束根據(jù)不同權(quán)重系數(shù)并與平均聲場波束進(jìn)行疊加，即可產(chǎn)生特點(diǎn)形狀的波束。也可設(shè)計(jì)特定形狀波束，與本征聲