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基于蝙蝠鼻叶运动特性的超声信号研究

张如  
【摘要】:旧世界的鼻叶蝙蝠(Hipposideridae)是一个蝙蝠族,使用复杂的挡板形状的鼻叶去衍射他们鼻叶向外发出的波包。蝙蝠可以改变它们鼻叶的形状通过肌肉的运动。在相近的马蹄形蝙蝠已经发现至少一些鼻叶的形状的改变与发出超声同步。鼻叶决定在方向(例如,方位角和仰角)上的声音能量和频率的分布通过与空气界面的几何形状。鼻叶形状的变化从而形成蝙蝠的声纳发射器,取决于方向、频率随时间变化的声学特性和时间。在目前的工作中,两种蹄蝠的鼻叶动态/时变几何的定量分析,大蹄蝠(大蹄蝠)和普拉特的蹄蝠(普氏蹄蝠)。这些种类的非刚性的鼻叶运动已在一个安装设备中研究,结合了高速摄像机阵列研究(GigaView)和超声麦克风(共24个通道)。蝙蝠的回声定位是从一个平台放置在阵列中心。标志点被放置在鼻叶的基准位置,使用白色无毒染料。这些地标点的图像位置自动跟踪,通过视频帧使用基于尺度不变特征变换(SIFT)算法的地标识别。地标位置的三维重建采取立体三角测量法。所观察到的非刚性变形的鼻叶的前部和后部以及侧壁。一组九个标志点代表着自由的程度也就是动物在非刚性的鼻叶运动。在对鼻叶运动的研究中,通过高速摄像机拍摄鼻叶运动的过程,之后再研究鼻叶运动的不同运动模式,从而对蝙蝠鼻叶的运动进行分类,蝙蝠运动的模式很多。经过大量数据统计分别计算不同种类的运动模式占比,从而对蝙蝠主要运动模式进行研究,研究蝙蝠的声音信号,找到不同蝙蝠鼻叶运动的超声信号。通过提取不同运动模式下的声音信号,进行时域和频域的分析。经过数字信号处理工具,对声音信号波形分析,计算可以表示其波形变化的参数,从而对比不同运动模式下,蝙蝠鼻叶运动的声音信号的变化,得出蝙蝠鼻叶运动对声音信号的影响。通过很多次的实验与分析,经过不断地努力,寻找并尝试使用多种方法来研究蝙蝠鼻叶运动和声音信号的定量分析,最终得到蝙蝠鼻叶运动大小的定量描述,还有不同种类的鼻叶运动模式,以及两种最具代表性的鼻叶运动模式的声音信号的特点,可以很容易观察蝙蝠超声信号的声音变化。


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