齿鲸生物声呐发射特性与波束调控研究
发布时间：2021-10-08 00:17
齿鲸生物经过长期自然选择,进化出小巧、灵敏、高效的声呐系统.齿鲸生物声呐研究涉及海洋物理、声学、生物学、仿生学和信息学等学科,对于生物仿生、水声声呐、信号处理、水下探测与通信等领域具有参考价值.本文从声呐系统解剖结构、声呐信号与声呐波束调控三方面出发介绍齿鲸声呐发射系统.首先,介绍如何利用计算机断层扫描成像与超声测量技术重建齿鲸声呐发射系统的高精度三维结构,获取其声速、密度分布,为声呐系统的功能研究建立基础.随后,探究声呐系统发出的声信号的特性,研究声信号与生物行为之间的联系.最后,参考齿鲸生物声呐解剖结构与声呐信号特性建立数值模型研究声发射系统的气质结构、软组织结构和骨质结构组成的声学多相介质对声波传播的控制作用.齿鲸生物能利用其声呐信号的多样性与声呐发射系统结构的复杂特性动态调整声波传播与波束形成.探究齿鲸生物声呐工作原理能加深对生物多相介质中的声传播过程的理解,有望为水下仿生声探测与感知技术的发展提供新思路.
【文章来源】：物理学报. 2020,69(15)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
东亚江豚头部声学结构的三维重建;(b)小抹香鲸头部声学结构的三维重建;(c)中华白海豚头部声学结构的三维重建结果;青色、棕色、红色、黄色和灰色分别表示结缔组织、额隆、声源、气囊与上颌骨
图8(a)中心频率为130 kHz的声脉冲经过鼠海豚无头骨模型调控形成的声波波束;(b)中心频率为130 kHz的声脉冲经过鼠海豚完整模型调控形成的声波波束[31]4.2 气质结构在声传播与波束形成中的作用
齿鲸声发射系统由物理特性各异的声学结构组合形成.齿鲸生物声呐系统位于头部,发声系统的各个结构位于前额.齿鲸生物之间虽大小尺寸各异,但发射系统结构组成相似[25].东亚江豚(narrow-ridged finless porpoise,Neophocaena sunameri)、小抹香鲸(pygmy sperm whale,Kogia breviceps)、以及中华白海豚(Indo-Pacific humpback dolphin,Sousa chinensis)的头部三维重建(图1)表明不同齿鲸生物的头部形态各异.东亚江豚与小抹香鲸无明显的喙部吻突,而中华白海豚的喙部吻突明显.结构的差异性相应地会影响声波波束.三种齿鲸声发射系统的结构(图2)表明骨质结构的密度高,能较完整地进行重建,而软组织与气道系统的重建与样本状态息息相关.脂肪组织、结缔组织和肌肉组织的声速、密度呈现梯度分布,形成由内到外的层化结构.东亚江豚和中华白海豚的声源结构尺寸较小,以中轴线为参考,位置大致呈现左右对称,前、后各有一块由脂肪块组成的复合结构.小抹香鲸的额隆前侧呈现出方形、钝形.相对于东亚江豚与中华白海豚,小抹香鲸的鼻道结构呈现左、右不对称[34-37].东亚江豚的左、右声源相对于额隆末端呈对称分布,声源未与额隆后侧衔接,而中华白海豚的右侧声源与额隆末端是衔接的.齿鲸生物虽遵循类似的气动致声原理,但具体的声源位置、结构与尺寸存在一定的差别.
【参考文献】：
期刊论文
[1]宽吻海豚Click信号的时频滤波检测方法[J]. 杨武夷,孙馨喆,宋忠长,张宇,杨燕明. 声学学报. 2017(04)
[2]圈养宽吻海豚自由游动状态和训练期间通讯信号比较研究[J]. 魏翀,许肖梅,张宇,牛富强. 声学学报. 2014(04)
[3]白鳍豚（Lipotes vexillifer）听阈值的进一步研究[J]. 肖友芙,王丁,王克雄. 海洋学报(中文版). 1993(01)
[4]白鱀豚的发声及其与环境适应的初步研究[J]. 王丁,刘仁俊,陈佩薰,王治藩,卢文祥,杨叔子. 水生生物学报. 1989(03)
[5]白鳍豚声行为及听觉灵敏度的初步研究[J]. 王丁,王克雄,刘仁俊,陈佩薰,谌刚,王治藩,卢文祥,杨叔子. 湘潭大学自然科学学报. 1989(02)
[6]白鳍豚听觉灵敏度的研究[J]. 王丁,王克雄,刘仁俊,谌刚,卢文祥. 华中理工大学学报. 1988(03)
[7]白鱀豚的回声定位信号[J]. 荆显英,肖友芙,景荣才. 海洋学报(中文版). 1983(01)
本文编号：3423061
【文章来源】：物理学报. 2020,69(15)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
东亚江豚头部声学结构的三维重建;(b)小抹香鲸头部声学结构的三维重建;(c)中华白海豚头部声学结构的三维重建结果;青色、棕色、红色、黄色和灰色分别表示结缔组织、额隆、声源、气囊与上颌骨
图8(a)中心频率为130 kHz的声脉冲经过鼠海豚无头骨模型调控形成的声波波束;(b)中心频率为130 kHz的声脉冲经过鼠海豚完整模型调控形成的声波波束[31]4.2 气质结构在声传播与波束形成中的作用
齿鲸声发射系统由物理特性各异的声学结构组合形成.齿鲸生物声呐系统位于头部,发声系统的各个结构位于前额.齿鲸生物之间虽大小尺寸各异,但发射系统结构组成相似[25].东亚江豚(narrow-ridged finless porpoise,Neophocaena sunameri)、小抹香鲸(pygmy sperm whale,Kogia breviceps)、以及中华白海豚(Indo-Pacific humpback dolphin,Sousa chinensis)的头部三维重建(图1)表明不同齿鲸生物的头部形态各异.东亚江豚与小抹香鲸无明显的喙部吻突,而中华白海豚的喙部吻突明显.结构的差异性相应地会影响声波波束.三种齿鲸声发射系统的结构(图2)表明骨质结构的密度高,能较完整地进行重建,而软组织与气道系统的重建与样本状态息息相关.脂肪组织、结缔组织和肌肉组织的声速、密度呈现梯度分布,形成由内到外的层化结构.东亚江豚和中华白海豚的声源结构尺寸较小,以中轴线为参考,位置大致呈现左右对称,前、后各有一块由脂肪块组成的复合结构.小抹香鲸的额隆前侧呈现出方形、钝形.相对于东亚江豚与中华白海豚,小抹香鲸的鼻道结构呈现左、右不对称[34-37].东亚江豚的左、右声源相对于额隆末端呈对称分布,声源未与额隆后侧衔接,而中华白海豚的右侧声源与额隆末端是衔接的.齿鲸生物虽遵循类似的气动致声原理,但具体的声源位置、结构与尺寸存在一定的差别.
【参考文献】：
期刊论文
[1]宽吻海豚Click信号的时频滤波检测方法[J]. 杨武夷,孙馨喆,宋忠长,张宇,杨燕明. 声学学报. 2017(04)
[2]圈养宽吻海豚自由游动状态和训练期间通讯信号比较研究[J]. 魏翀,许肖梅,张宇,牛富强. 声学学报. 2014(04)
[3]白鳍豚（Lipotes vexillifer）听阈值的进一步研究[J]. 肖友芙,王丁,王克雄. 海洋学报(中文版). 1993(01)
[4]白鱀豚的发声及其与环境适应的初步研究[J]. 王丁,刘仁俊,陈佩薰,王治藩,卢文祥,杨叔子. 水生生物学报. 1989(03)
[5]白鳍豚声行为及听觉灵敏度的初步研究[J]. 王丁,王克雄,刘仁俊,陈佩薰,谌刚,王治藩,卢文祥,杨叔子. 湘潭大学自然科学学报. 1989(02)
[6]白鳍豚听觉灵敏度的研究[J]. 王丁,王克雄,刘仁俊,谌刚,卢文祥. 华中理工大学学报. 1988(03)
[7]白鱀豚的回声定位信号[J]. 荆显英,肖友芙,景荣才. 海洋学报(中文版). 1983(01)
本文编号：3423061
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