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在空气环境中蝙蝠能够利用它们的生物声纳系统实现超声波回声定位,具体表现为通过发射超声波声纳脉冲,利用从物体反射回来的回波来进行捕食或者导航。本文为研究蝙蝠的生物声纳回声定位机理,设计完成了一套基于移动平台的生物声纳系统,并通过该系统进行了仿生生物声纳目标探测识别的探索性研究。
首先本文根据模仿蝙蝠生物声纳的功能的要求完成了生物声纳系统的硬件设计和软件设计。硬件包括根据生物声纳特性确定系统硬件组成,完成超声波换能器选型、发射端信号调理电路和接收端信号调理电路的设计制作、电源模块电路的设计制作、系统信噪比改善、声纳头“嘴巴”转动控制的电机选用和控制器硬件电路设计制作。软件设计包括声纳发射脉冲的软件实现、回波信号接收的软件实现、声纳头“嘴巴”转动控制的上位机与下位机软件设计。
在基于移动平台的生物声纳系统研制的基础上,研究利用该系统进行了仿生生物声纳目标探测识别的探索性研究。具体研究内容包括:根据蝙蝠的自然声纳探测策略设计了适用于本文移动平台的生物声纳探测策略;利用数字信号处理技术模仿动物听觉模型对回波信号预处理,包括Gammatone带通滤波、半波整流、低通滤波算法;利用间接水下目标定位方法对大足鼠耳蝠捕鱼机理展开了探索性研究,成功捕捉到鱼的游动轨迹,并根据误差传递函数得出在现有探测策略和算法下的定位误差;采用归一化互相关算法对模板和待匹配样本的二维声纳回波图像进行相似度判断,在本文设定的探测策略下开始了对复杂反射面植物目标的成功识别。