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摘要:现在使用的智能天线主要通过对阵列天线相位的调制进而调节声场波束,而不同种类蝙蝠仅通过两个外耳对声音反射,就对声场波束形成起到重要作用,所以研究不同种类蝙蝠外耳对接收回波调节作用的声学共性对智能天线改进具有重要作用.共选取30只蝙蝠外耳,利用有限元声场模拟得到蝙蝠声场波束,并对声场波束的指向进行归一化和球面小波压缩,初步利用主成分分析法应用到不同种类蝙蝠的特征分析中,通过主成分分析方法得到蝙蝠本征波束以及平均声纳波束,并对本征波束进行了叠加分析,只考虑了最大本征值和第二本征值对应的第一和第二本征向量,并分析了其作用,分析表明:1)第一本征向量的叠加明显调整了主瓣的宽度,而第二本征向量的叠加则使主瓣在方位角和仰角方向的宽度交替变化;2)在本征空间中,距离远近表示声场波束相似程度,本征波束的分析对区分不同属的蝙蝠具有一定作用....
[硕士论文] 颜振
声学 山东大学 2012(学位年度)
摘要:本文通过研究运用数值模拟方法得到的蝙蝠耳瓣声场波束方向图,通过分析不同蝙蝠声场波束的共性及特性,在全局的角度细致探讨蝙蝠生物声纳声场波束形成的特点。
   为提高信号的信噪比,保证信号传输过程中的可靠性,智能天线技术成为近年移动通信领域中的一个研究热点。而波束形成是智能天线中的关键技术之一。现在智能天线一般通过阵列天线的相位调制,进行声场波束的调制。而蝙蝠的耳瓣仅通过单个天线对声音的反射,即达到声场形成的目的,这为设计新型智能天线提供了一个非常好的依据。但蝙蝠耳瓣在形态上千差万别,如何选取具有特定功能的形状是非常重要的一个课题。这首先需要对蝙蝠声场波束进行分析,得到本征波束以及人工合成特定声场波束的方法,在分析本征声场波束与外耳形态的对应关系后,最终达到设计新型智能天线目的。
   蝙蝠外耳的复杂结构是蝙蝠调解波束的重要手段。由于其过于复杂,通过蝙蝠外耳形状得到声场解析解不太可能。但通过数值模拟可以得到近场声压数值解,进而得到声场波束远场方向图。本项研究选取了50种蝙蝠分别计算其外耳在其所用频率下的声场波束。由于很多蝙蝠属于变频(FM)蝙蝠,所用频率属于宽带,每种蝙蝠我们在其发声范围选取步长相等的十个频率进行计算。在进行声场指向调整,球面小波压缩后,运用主成分分析的方法求得蝙蝠声纳平均波束以及本征波束。通过改变本征波束权重对声场波束的影响,分析本征波束的物理意义。根据不同蝙蝠声场波束在本征波束空间中的分布特点,分析蝙蝠生物声纳功能特性的一般特点,在声场波束形成这一功能性方面分析生物声纳波束形成的一般规律。并在平均声场的基础上加上不同权重的本征声场合成人工声场波束。解决声场波束形成问题。
   从平均声场波束来看,蝙蝠平均声场波束为单一指向的简单结构,随频率增加伴有轻微收束现象,而随频率增加的收束是所有天线系统的共有特性。根据平均声场波束叠加不同权重的本征波束得到的变化规律。研究发现,第一本征波束代表波束宽度,即第一本征波束权重增大将导致波束宽度变宽。第二本征波束代表旁瓣大小及收束特性,即第二本征波束权重越大,旁瓣越大,随频率增大的收束现象越明显,当第二本征波束为负值时,不表现这些特性。由不同蝙蝠声场波束在本征波束空间中的分布,得到蝙蝠根据声纳信号分类出现聚集性的特点。根据在本征空间中,距离远近表示其相似性程度,以及第一本征波束的物理意义,得到恒频蝙蝠波束宽度较窄,聚集程度较高,调频蝙蝠波束宽度较宽,聚集程度较低,具有多样性的特点。将本征声场波束根据不同权重系数并与平均声场波束进行叠加,即可产生特点形状的波束。也可设计特定形状波束,与本征声场波束内积得到其权重系数。如下一步计算得到本征波束与本征外耳形态的对应关系,即可用于设计具有特定声场波束的天线。
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