马铁菊头蝠障碍规避声呐特性的研究

论文摘要

蝙蝠作为唯一进化出飞行能力的哺乳动物,其隶属于哺乳纲翼手目。蝙蝠利用其独特的生物声呐系统进行导航、捕食等行为,尤其在障碍规避过程中起着极其重要的作用。蝙蝠通过不断接收反射回的信号来判断周围环境并作出相应的调整。本文首次对马铁菊头蝠在喂养过程中的语音信号进行分析,并且研究了语音信号和超声信号之间的关系;对马铁菊头蝠障碍规避过程中发出的FM-CF-FM信号特性进行了分析,并描绘出其障碍规避行为的二维曲线。本文的研究方法和内容主要包括以下两个方面:（1）样品的捕捉饲养和其声信号的研究。在特定的地址捕捉马铁菊头蝠并带回实验室,在特制的蝙蝠饲养笼中进行饲养,同时,在饲养的过程中进行实验来研究其声信号之间的关系。实验的第一部分是将面包虫由远及近接近待测蝙蝠的头部,记录在这个过程中马铁菊头蝠发出的超声信号的变化。实验的第二部分时记录待测蝙蝠在进食的过程中发出的声信号,分析检测到的声谱图,来研究其语音信号与超声信号之间的关系。（2）马铁菊头蝠障碍规避声呐特性的研究。对马铁菊头蝠障碍规避飞行轨迹进行提取并进行后期的数据处理,模拟出其进行障碍规时的二维飞行曲线并判定其规避特点。对马铁菊头蝠障碍规避过程中的音频数据进行了分析,分析其发射的FM-CF-FM信号在接障碍规避过程中的变化。通过分析实验结果得到以下结论:（1）马铁菊头蝠利用回声定位进行目标定位及完成捕食的过程离不开多普勒效应。在目标对象与待测蝙蝠头部的距离由远及近的过程中,马铁菊头蝠会降低发射出的超声波的频率来进行多普勒效应的补偿,以达到准确定位的目的。在本次实验中,在面包虫由远及近接近待测蝙蝠头部的过程中,四组实验检测到蝙蝠发出的超声波的频率均未发现有明显的多普勒效应的补偿现象。马铁菊头蝠发出的语音信号呈多谐波状分布,并且能够很清晰的分辨其基波和多次谐波。蝙蝠的声信号具有丰富的信息,在其发出的声信号中,伴随着超声信号,语音信号有时会同步出现,也有时超声信号与语音信号分别单独出现。（2）马铁菊头蝠在进行障碍规避实验中是否碰撞到紫铜线与发生障碍规避动作的水平距离无明显关系,与垂直距离和平均飞行角度关联较大。其通过不同直径的紫铜线的碰撞概率则随着直径的减少明显增加。计算得到马铁菊头蝠超声信号的波长约在3-5mm之间,障碍尺度相较于超声信号的波长越小,蝙蝠检测到的概率越低,通过率越低。实验中马铁菊头蝠的声音强度与体型参数均呈正相关关系,即体重大、头体长、前肢长的马铁菊头蝠,声音强度较大。反之,声音强度较小。马铁菊头蝠声信号主频率均与头体长、体重、前肢长等体型参数并未发现明显的关系。此实验中马铁菊头蝠通过紫铜线前均会发出6-8组短脉冲组。并未发现短脉冲组中短脉冲的个数随着距紫铜线的距离变化有明显的数量变化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究历史与背景
•   1.2 蝙蝠的声呐系统
•   1.3 蝙蝠声呐系统的研究方法
•   1.4 论文的主要内容
•   1.5 研究目的及意义
• 第二章 研究方法
•   2.1 马铁菊头蝠样本的捕捉
•   2.2 马铁菊头蝠的饲养
•   2.3 马铁菊头蝠喂养过程中语音信号特征的研究方法
•   2.4 马铁菊头蝠障碍规避声呐特性研究方法
• 第三章 马铁菊头蝠喂养过程中语音信号特性研究
• 第四章 马铁菊头蝠障碍规避声呐特性的研究
•   4.1 实验对象的选取标准
•   4.2 马铁菊头蝠障碍规避飞行轨迹提取与数据处理
•   4.3 马铁菊头蝠障碍规避音频数据分析
• 第五章 总结和展望
•   5.1 研究内容和结论
•   5.2 创新点
•   5.3 研究工作展望
• 参考文献
• 后记
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王若宇

导师: 庄桥

关键词: 障碍规避,飞行曲线,语音信号,声谱图,脉冲组

来源: 山东建筑大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学,生物学

单位: 山东建筑大学

基金: 国家自然科学基金资助项目(项目编号:11374193)

分类号: O426;Q62

总页数: 45

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