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计算神经科学在生物声纳中的应用

张海浪  
【摘要】: 在海洋开发和反潜战的需求这两个巨大动力的推动下,进入21世纪的声纳技术面临了机遇和挑战。相关和临近学科又不断产生一些新的概念,这些课题是不胜枚举的,于是越来越多的人开始研究生物声纳系统。本文基于神经计算的方法来模拟研究生物声纳,用神经元为基础,基于单个神经元编码原理以脉冲信号代表外界信息输入神经元来得到输出脉冲序列的符号序列。再用输出脉冲序列的符号序列来表征外界信息,得到输出脉冲时间发放模式与外界信息的对应关系,达到信息识别的目的。以上方法基于圆映射和序空间这两个理论。 基于上述方法和理论依据,本文用计算机模拟的方法来研究生物声纳的各种功能,包括回声定位、多普勒效应、测量目标角速度以及生物声纳除噪。其中回声定位基于两耳时间差原理把目标定位在与某一时间差相对应的双曲线上,通过分析输出脉冲符号序列与两耳时间差的关系得到定位的机制。多普勒效应处理基于回收声波频率和目标相对运动速度大小相关的原理研究回收声波频率大小与输出符号序列大小之间的关系,从而得到生物声纳判断目标相对运动速度的机理。在测量目标角速度中,基于目标角速度与两耳频率差成很好的线性关系原理,用两耳频率差表征目标角速度,研究输出符号序列与两耳频率差大小的关系,得到符号序列大小与目标角速度大小的关系以得出测量目标角速度的原理。本文在除噪部分把噪声分成内部噪声、和外部噪声两类分别进行了讨论,得出了生物声纳中除噪的几种可能机制。


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