海豚超声接收的指向性机理研究
批准号:
12074323
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
张宇
依托单位:
学科分类:
超声物理与技术
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张宇
中文摘要
经过长期自然演化,海豚进化出高效的水下超声生物声纳。海豚声接收系统是实现其生物声纳功能至关重要的环节。现有研究尚未阐明海豚声接收过程中复杂的声场分布以及头部声接收系统的有关声学结构在接收声场中的作用。本项目围绕海豚超声接收的指向性机理开展研究。首先应用计算机断层扫描成像技术重建海豚头部声接收系统的三维结构,并利用超声测量方法实验测量海豚软组织的声学参数,从而获得海豚声接收系统的复杂声学结构。此外,根据实验测量,建立海豚声接收系统的有限元声场计算模型,研究超声接收的多通道声传输特性,阐明指向性超声接收机制,并揭示各声学结构对接收声场的调控作用。进一步,实验测量海豚超声接收的指向特性和多通道声传输特性,并与有限元模拟结果相比较,改进海豚声接收模型。本项目为海豚声接收研究提供新思路,对于阐明海豚超声接收的指向性机理有重要科学意义,对于发展基于仿生学的声接收技术有潜在应用价值。
英文摘要
After a long period of natural evolution, dolphin has evolved an efficient underwater ultrasound biosonar. Dolphin sound reception system plays an important role in the realization of biosonar function. Previous studies have not yet found out the complex acoustic field distribution and the role of the acoustic structures in the dolphin ultrasound reception system. This project focuses on the directional mechanism of dolphin ultrasound reception. We first apply computerized tomography technology to reconstruct the head of dolphin and measure the acoustic parameters of different soft tissues by ultrasonic experiment. The complex three-dimensional structure of dolphin reception system is then reconstructed. In addition, a finite element model of dolphin ultrasound reception is established to investigate the multiple-path transmission characteristic and directional reception mechanism. The regulation effect of soft tissues on receiving acoustic field is revealed. Furthermore, the experimental measurements of directional and multiple-path transmission characteristics of dolphin ultrasound reception are performed and compared with the simulated results of finite element simulations. This study provides new ideas for investigating dolphin ultrasound reception, has important scientific significance for understanding the directional reception mechanism, and has potential application for developing bioinspired underwater acoustic reception devices.
海豚卓越的生物声纳性能使其研究成为海洋声学领域的前沿课题。海豚探测目标是个动态过程,与目标物理特性紧密联系。然而,现有实验和理论研究均未考虑海豚在目标探测过程中声波束指向性的动态变化。本项目应用CT断层扫描成像法重建东亚江豚、小抹香鲸、宽吻海豚、中华白海豚等代表性齿鲸物种的头部的三维数字结构并建立海豚生物声纳计算声学模型,并阐明海豚声波束的形成和动态调节过程中海豚头部各结构联合调控机制。建立海豚目标探测的水声-视频测量实验系统,记录海豚探测目标时的游动轨迹和头部变化以及相应的回声定位声信号。结果表明:中华白海豚回波定位信号具有长持续时间、高频、宽谱的特征;相比较而言,东亚窄脊江豚则呈现短时长、高频、窄带宽的特点;声学参数统计上,两者在持续时间、中心频率、10dB带宽等指标上具有明显的差异性。之后,采用数学建模和实验测量相结合的研究策略研究海豚在探测目标中的对不同目标属性(尺寸、形状、材料)的回声谱响应,表明,海豚回声定位信号的目标物弹性回波比镜像回波具有更丰富的目标属性信息。本项目研究进一步阐明了海豚指向性声波束和目标探测的机制,研究成果对发展海豚仿生水下声探测具有重要意义。
系统性金融风险指标在宏观经济预测中的应用研究
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批准号:2023J01034
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项目类别:省市级项目
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资助金额:5.0万元
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批准年份:2023
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负责人:张宇
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依托单位:
海豚目标探测的动态声指向特性及机理研究
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批准号:41676023
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项目类别:面上项目
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资助金额:75.0万元
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批准年份:2016
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负责人:张宇
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依托单位:
海洋动物发声的生物声纳特性和物理机制研究
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批准号:41276040
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项目类别:面上项目
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资助金额:89.0万元
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批准年份:2012
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负责人:张宇
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依托单位:
声带振动的非线性时空动力学机理研究
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批准号:11174240
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2011
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负责人:张宇
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依托单位:
国内基金
海外基金