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《中国农业科学院》 2003年
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多功能昆虫鸣声信号采集与分析系统及其在褐飞虱声通讯研究中的应用

姚青  
【摘要】: 以往昆虫鸣声信号是记录在磁带上,分析时通过回放磁带的录音,在示波器、频谱仪或声谱仪等声学仪器上进行信号分析,结果磁带的多次回放常会引起信号的失真,并难以对信号作进一步的编辑处理;分析仪器不但价格昂贵、体积较大,而且很难实现昆虫声行为观察与信号分析同步,更不适合野外工作。本文针对上述问题,利用现代计算机技术和信号分析手段,建立了一套多功能昆虫鸣声信号采集与分析系统(data acquisition and analysis system of insect acoustic signal,简称DAASIAS),并将该套系统首先用于褐飞虱(Nilaparvata lugens)鸣声信号的研究。主要研究内容和结果如下: 1、研制一套多功能昆虫鸣声信号采集与分析系统(DAASIAS) 利用硬件设备计算机、数据采集卡、传声器和计算机语言Visual C++、MATLAB研制了一套多功能昆虫鸣声信号采集与分析系统(DAASIAS),该套系统改变了传统利用磁带录音机录音的落后状况,集信号记录、分析、重放等多功能于一机,界面友好、操作简单、功能齐全。DAASIAS提供了8个昆虫鸣声采集通道,可同时采集,采样频率范围0~330kHz,并使用波形文件格式wav保存信号;DAASIAS可以对信号进行任意剪切、复制、粘贴和反转、拉伸、压缩等;可以对信号进行时域、频谱和声谱分析等;可以对波形进行相似性比较、波形相加、减、乘以及人工模拟信号等;DAASIAS不但提供了滤波分析、现代谱分析等分析工具,还实现了昆虫声行为观察与信号分析同步,无论是信号采集还是回放生测实验,研究人员均可以一边观察昆虫的行为学反应,一边分析昆虫鸣声信号的波形动态图。 2、褐飞虱声通讯研究 (1) 褐飞虱声行为 利用DAASIAS对褐飞虱雌、雄虫回放它们的求偶鸣声和雄虫第二种鸣声,观察它们的声行为反应,结果表明:雌虫求偶鸣声能刺激雄虫发出求偶应答声,雄虫以此定向,并积极搜寻和欲行交配;雄虫求偶鸣声不但能引起雌虫性兴奋,刺激其发出求偶应答声并欲行交配,而且能激起雄虫发出求偶声,引起同性之间的竞争;雄虫第二种鸣声不但能引起雌虫性兴奋,刺激其发出求偶鸣声,而且能刺激雄虫发出求偶鸣声,引起雄虫骚动和同性之间的竞争;发出第二种鸣声的雄虫具有竞争优势;多个雄虫聚集在一起常发出第二种鸣声。 (2)褐飞虱呜声信号特征分析 利用DAASIAS对褐飞虱鸣声信号进行特征分析,结果表明:雌虫求偶呜声 山一连串规则的连续脉冲组成;雄虫求偶鸣声较复杂,由一声声相似的音节组成 的,并有两种形式,但它们仅在时域特性上有区别,而频域特性没有明显差异; 雄虫第二种呜声与其求偶鸣声有很大差异,且频谱范围较宽,但音节频率较稳定。 时域特征分析知,褐飞虱雌、雄虫求偶呜声信号的时域特性个体间差异较大, 个体内不同次呜叫也有差异,但小于个体间的差异。频域特征分析知,褐飞虱雌 虫求偶呜声信号的频域特性较稳定,个体内比个体间差异小;雄虫求偶呜声信号 s、e片段频谱范围较宽,但主振频率比较接近,差异不显著;m片段频带较窄, 主振频率 MVF略小于 s、e片段,变异较小;m片段脉冲重复频率 PRF为幻.gHz, 在整个片段上PRF呈下降趋势,平均下降幅度为4刀HZ。 门)褐飞虱求偶鸣声中的敏感声学片段和敏感声学因于 利用DAASIAS对褐飞虱雌、雄虫分别口放异性求偶信号及其片段组合,结 果表明:雄虫求偶呜声信号m片段是雌虫的敏感声学片段,雌虫求偶呜声即是雄 虫的敏感声学片段。雌虫对敏感声学片段 m的 1/2就有较高的应答比例,雄虫对 长度为 3 S的雌虫求偶鸣声应答比例为 100%,由此表明褐飞虱雌、雄虫识别异性 并不是通过时域特性来识别异性的,即不需要很长时间的异性呜声刺激,当它们 一‘听到’异性求偶鸣声时,就能在较短时间内作出较准确的判断,月-随着异性 求偶鸣声刺激的时间越长,判断的准确率越高,越加兴奋。 利用DAASIAS对褐飞虱雌、雄虫分别回放不同脉冲重复频率PRF和主振频 率MVF组合的人工模拟信号,根据对信号敏感的试虫比例,筛选出褐飞虱雌。 雄虫求偶呜声信号的敏感声学因子是脉冲重复频率。雄虫敏感的PRF范围在22HZ 左右,雌虫敏感的PAf范围为70~90HZ,这与实际的雌、雄虫求偶鸣声的PM 变化范围是一致的;雌、雄虫能对MVF变化范围较大的信号敏感,雄虫敏感的 MVF范围为100~300HZ,与雌虫求偶呜声的MVF变化范围是一致的,而雌虫敏 感的 MVF范围为 200~1700 HZ,要比实际的雄虫求偶鸣声的 MVF变化范围大的 多。
【学位授予单位】:中国农业科学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:Q967

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【引证文献】
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【参考文献】
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2 李连昌;新安煤田二_1煤层煤与瓦斯突出危险程度预测[D];河南理工大学;2010年
3 刘培刚;家蚕孤雌生殖系与亲本有性生殖系蚁蚕、血液和卵巢比较蛋白质组学研究[D];山东农业大学;2010年
4 闫寿江;Oja-Xu MCA跳步归一化算法的收敛性分析[D];大连理工大学;2010年
5 王光钺;栗瘿蜂致瘿生物学及其对寄主植物生长发育的影响[D];浙江农林大学;2010年
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10 时嵩;褐飞虱和白背飞虱体内金属元素分布及富集特性研究[D];浙江大学;2011年
【同被引文献】
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10 傅强,张志涛,李宝娟,高其康;褐稻虱的转节自触机械感觉毛(同翅目:飞虱科)[J];昆虫学报;1995年03期
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【二级引证文献】
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【二级参考文献】
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4 吴振荣;我市打响“虫口夺粮”战[N];金华日报;2007年
5 本报记者 王芬兰;“人虫大战”保口粮[N];苏州日报;2005年
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7 李涛;160万农民“虫口夺粮”人均增收38元[N];南京日报;2006年
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7 袁红雨;水稻幼苗中褐飞虱应答基因的克隆及功能分析[D];武汉大学;2003年
8 王小兰;水稻抗褐飞虱基因表达调控的分析和抗虫相关cDNA的克隆[D];武汉大学;2003年
9 闫香慧;褐飞虱和白背飞虱落地后的发生规律及预测预报研究[D];西南大学;2010年
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