蝙蝠发声声场强度分布测量仿真系统的研究
|
摘要
蝙蝠是翼手目(Chiroptera)动物的统称，是世界上分布最广、进化最成功的哺乳动物类群之一，除南北极以及大洋中过于偏远的荒岛外，地球上各种陆地生态环境都有蝙蝠的分布。在进化的过程中，蝙蝠避开与其他海陆兽类的竞争而飞向天空；在空中，回声定位系统的高度进化使它们避开与鸟类的竞争而占据了独特的生态位----黑暗的夜空。蝙蝠擅长在夜间活动，它们的视觉较差，听觉却异常发达。因为蝙蝠能够有效地利用回声定位，所以在夜间或十分昏暗的环境中也能自由飞翔并准确无误地捕捉猎物。因此对其回声定位系统的研究有着明显的意义。根据调研我们知道，从生态学角度对蝙蝠的叫声研究多集中在对信号本身的时频特性研究。而从声学本身出发看待蝙蝠信号，它的空间三维场强分布是不可忽视的一个特征，有重要的研究价值。国内外在蝙蝠声场强度分布的系统测量与研究方面尚无专门文献对其做出阐述。且由于蝙蝠的叫声是脉冲形式的超声波，因而要求测量系统必须采用专用的数字信号处理设备才能满足测量要求。
基于目前尚无合适专用仪器的情况，拟用TI公司生产的54系列定点DSP芯片TMS320VC5402为核心自行设计一套专用仪器研究蝙蝠声场强度分布。本论文正是对前期尝试性探索工作的总结。整个论文分为六部分。首先，介绍研究蝙蝠回声定位信号的意义，目前的研究手段以及研究成果，提出对其声场测量的学术意义。接着，从声学角度阐述对于蝙蝠声场强度的分布特征的理论预测，从理论角度分析我们在现阶段实验中所要采集蝙蝠信号的特性。然后，对工作中遇到的几个关键问题进行逐一讨论。接下来依次为实验系统硬件、软件的具体讨论。最后为实验结果。通过上述工作我们希望可以对蝙蝠叫声从声场分布角度进行仿真研究，为后续工作打下基础。
Bat is the general designation of chiroptera animals. It is a kind of breast-feed mammal which most extensively distributed and most successfullly evolving. Bats distribute in all kinds of land ecology enviroments in the world expect the South Pole, the North Pole and some remote islands which are in oceans. During the evolution bait flys to avoid competitions with other animals which live in ocean or on land. Successful evolution of echolocation system in the sky makes them avoid
competitions with birds. So thy occupied a special ecological niche-sky
of night. Bat is expert in activing during the night. It has a poor sense of sight while an unusual developed sense of hearing. Because of using echolocation effectively they can fly freely and catch edibles accurately during the night or in very dark enviroments. So it is very meaningful to study their echolocation calls in ecology concentrates in researching time-frequency charaters of the signals. But in acoustics the three dimension field intensity distribution in space is an unignorant character of the signal of bat and is very valuble to be researched. There are not any special documents about surveying and studying the three dimensions field intensity distribution in space of bat. Furthermore, the calls of bats are supersonic pulse, so it is very necessary to use special digital signal processing equipments.
Because there are no special instruments we plan to design a special instrument to study the soud field intensity distribution of bat. We use fix point DSPs TMS320VC5402 as a core chip which is made by TI. This paper summarizes the work what we have attempted to do. This thesis is consisted of 6 contents. First, we introduces the meaning of studying echolocation, what means have been used by now, accomplishments got by others and pose the meaning of surveying sound field intensity. Secondly, we expounds theory forecast of the sound field intensity distribution of bat
in acoustics and analysis the character of the signal that we collect at present. Thirdly, we discuss the problems we have met one by one. And then discusses hardware and software of this system in the two later parts. At last we analysis the results of this reseach. We attempt to survey the calls of bat initially by our work and make a foundation for the follow-up work.
基于目前尚无合适专用仪器的情况，拟用TI公司生产的54系列定点DSP芯片TMS320VC5402为核心自行设计一套专用仪器研究蝙蝠声场强度分布。本论文正是对前期尝试性探索工作的总结。整个论文分为六部分。首先，介绍研究蝙蝠回声定位信号的意义，目前的研究手段以及研究成果，提出对其声场测量的学术意义。接着，从声学角度阐述对于蝙蝠声场强度的分布特征的理论预测，从理论角度分析我们在现阶段实验中所要采集蝙蝠信号的特性。然后，对工作中遇到的几个关键问题进行逐一讨论。接下来依次为实验系统硬件、软件的具体讨论。最后为实验结果。通过上述工作我们希望可以对蝙蝠叫声从声场分布角度进行仿真研究，为后续工作打下基础。
Bat is the general designation of chiroptera animals. It is a kind of breast-feed mammal which most extensively distributed and most successfullly evolving. Bats distribute in all kinds of land ecology enviroments in the world expect the South Pole, the North Pole and some remote islands which are in oceans. During the evolution bait flys to avoid competitions with other animals which live in ocean or on land. Successful evolution of echolocation system in the sky makes them avoid
competitions with birds. So thy occupied a special ecological niche-sky
of night. Bat is expert in activing during the night. It has a poor sense of sight while an unusual developed sense of hearing. Because of using echolocation effectively they can fly freely and catch edibles accurately during the night or in very dark enviroments. So it is very meaningful to study their echolocation calls in ecology concentrates in researching time-frequency charaters of the signals. But in acoustics the three dimension field intensity distribution in space is an unignorant character of the signal of bat and is very valuble to be researched. There are not any special documents about surveying and studying the three dimensions field intensity distribution in space of bat. Furthermore, the calls of bats are supersonic pulse, so it is very necessary to use special digital signal processing equipments.
Because there are no special instruments we plan to design a special instrument to study the soud field intensity distribution of bat. We use fix point DSPs TMS320VC5402 as a core chip which is made by TI. This paper summarizes the work what we have attempted to do. This thesis is consisted of 6 contents. First, we introduces the meaning of studying echolocation, what means have been used by now, accomplishments got by others and pose the meaning of surveying sound field intensity. Secondly, we expounds theory forecast of the sound field intensity distribution of bat
in acoustics and analysis the character of the signal that we collect at present. Thirdly, we discuss the problems we have met one by one. And then discusses hardware and software of this system in the two later parts. At last we analysis the results of this reseach. We attempt to survey the calls of bat initially by our work and make a foundation for the follow-up work.
引文
[1]冯江，《蝙蝠回声定位行为生态研究》，吉林科学技术出版社，2001年11月第1版
[2]冯江、李振新、周江等，南蝠(Ia io)回声定位叫声的分析，《科学通报》
[3]张树义、赵辉华、冯江等，长尾鼠耳蝠飞行状态下的回声定位叫声，《科学通报》，2000年
[4]张树义、赵辉华、冯江等，两种蹄蝠回声定位频率与体型的相关性，《科学通报》，2000年
[5]冯江、李振新、陈敏等，两种鼠耳蝠回声定位叫声的比较，《兽类学报，2001年
[6]冯江、李振新、陈敏等，同一山洞中五种蝙蝠回声定位比较及生态位分化研究，《生态学报》，2002年
[7][美]A．V．奥本海姆、R．W．谢弗、J．R．巴克 著，刘树棠、黄建国 译，《离散时间信号处理》，西安交通大学出版社，2001年9月第二版
[8]程佩青，《数字信号处理教程》，清华大学出版社，1995年8月第二版
[9]马明建、周长城，《数据采集与处理技术》，西安交通大学出版社，1999年9月第一版
[10]TMS320C54x DSK plus DSP Starter Kit, Texas Instruments, 1996.10
[11]TMS320C54x DSP CPU and Peripherals, Texas Instruments, 1997.8
[12]TMS320C54X DSP Mnemonic Instruction Set, Texas Instruments, 1998.6
[13]TMS320C54X DSP Applications Guide, Texas Instruments, 1996.12
[14]李刚，《数字信号微处理器的原理及其开发应用》，天津大学
出版社，2000年4月第一版
[15] 张雄伟、曹铁勇，《DSP芯片的原理与开发应用》，电子工业出版社，2000年9月第二版
[16] 戴明桢、周建江，《TMS320C54x DSP结构、原理及应用》，北京航空航天大学出版社，2001年11月第一版
[17] 彭启琮，《TMS320 C54x实用教程》，电子科技大学—德州仪器DSP实验室
[18] 潘永雄、刘殊，《单片机原理与应用》，西安电子科技大学出版社，2000年6月第一版
[19] 李华，《MCS-51系列单片机实用接口技术》，北京航空航天大学出版社，1993年8月第一版
[20] 周航慈、饶运涛，《单片机程序设计基础》，北京航空航天大学出版社，1997年5月第一版
[21] 刘祖京，《实用接口技术》，北京工业大学出版社，1999年8月第一版
[22] 杜功焕、朱哲民、龚秀芬，《声学基础》，上海科学技术出版社，1981年7月第1版
[23] 何友、王国宏、陆大金、彭应宁，《多传感器信息融合及应用》，电子工业技术出版社，2000年11月第1版
[24] 倪养华，DSP技术及其应用讲座，《电子技术》，1997年第11期
[25] 彭振哲，使用TMS320C542构成数据采集处理系统，《电子技术应用》，2000年第9期
[26] 陈亚骏、陈健、王重玮，DSP技术及其应用讲座，《电子技术》，1997年第12期
[27] Powering the TMS320VC5402 Using the TPS60100, TPS76918, and the TPS3305-18, Texas Instrument, 1999
[28] TLV1570 SERIAL ANALOG-TO-DIGITAL CONVERTER, Texas Instrument, 2000
[29] 史晓峰、李铮、蔡志权，基于DSP的高速数据采集与处理系
统，《电子技术应用》，2001年第6期
[30] 王涛、张伟良、葛宁、冯重锡，嵌入事实时系统及其在通信系统中的应用，《电子技术应用》，2001年第11期
[31] 奚锦文、周红全，基于DSP的心电监护模块设计，《电子技术应用》，2001年第11期
[32] TMS320C54X数字信号处理器教程，中泰康DSP设计中心，
[2]冯江、李振新、周江等，南蝠(Ia io)回声定位叫声的分析，《科学通报》
[3]张树义、赵辉华、冯江等，长尾鼠耳蝠飞行状态下的回声定位叫声，《科学通报》，2000年
[4]张树义、赵辉华、冯江等，两种蹄蝠回声定位频率与体型的相关性，《科学通报》，2000年
[5]冯江、李振新、陈敏等，两种鼠耳蝠回声定位叫声的比较，《兽类学报，2001年
[6]冯江、李振新、陈敏等，同一山洞中五种蝙蝠回声定位比较及生态位分化研究，《生态学报》，2002年
[7][美]A．V．奥本海姆、R．W．谢弗、J．R．巴克 著，刘树棠、黄建国 译，《离散时间信号处理》，西安交通大学出版社，2001年9月第二版
[8]程佩青，《数字信号处理教程》，清华大学出版社，1995年8月第二版
[9]马明建、周长城，《数据采集与处理技术》，西安交通大学出版社，1999年9月第一版
[10]TMS320C54x DSK plus DSP Starter Kit, Texas Instruments, 1996.10
[11]TMS320C54x DSP CPU and Peripherals, Texas Instruments, 1997.8
[12]TMS320C54X DSP Mnemonic Instruction Set, Texas Instruments, 1998.6
[13]TMS320C54X DSP Applications Guide, Texas Instruments, 1996.12
[14]李刚，《数字信号微处理器的原理及其开发应用》，天津大学
出版社，2000年4月第一版
[15] 张雄伟、曹铁勇，《DSP芯片的原理与开发应用》，电子工业出版社，2000年9月第二版
[16] 戴明桢、周建江，《TMS320C54x DSP结构、原理及应用》，北京航空航天大学出版社，2001年11月第一版
[17] 彭启琮，《TMS320 C54x实用教程》，电子科技大学—德州仪器DSP实验室
[18] 潘永雄、刘殊，《单片机原理与应用》，西安电子科技大学出版社，2000年6月第一版
[19] 李华，《MCS-51系列单片机实用接口技术》，北京航空航天大学出版社，1993年8月第一版
[20] 周航慈、饶运涛，《单片机程序设计基础》，北京航空航天大学出版社，1997年5月第一版
[21] 刘祖京，《实用接口技术》，北京工业大学出版社，1999年8月第一版
[22] 杜功焕、朱哲民、龚秀芬，《声学基础》，上海科学技术出版社，1981年7月第1版
[23] 何友、王国宏、陆大金、彭应宁，《多传感器信息融合及应用》，电子工业技术出版社，2000年11月第1版
[24] 倪养华，DSP技术及其应用讲座，《电子技术》，1997年第11期
[25] 彭振哲，使用TMS320C542构成数据采集处理系统，《电子技术应用》，2000年第9期
[26] 陈亚骏、陈健、王重玮，DSP技术及其应用讲座，《电子技术》，1997年第12期
[27] Powering the TMS320VC5402 Using the TPS60100, TPS76918, and the TPS3305-18, Texas Instrument, 1999
[28] TLV1570 SERIAL ANALOG-TO-DIGITAL CONVERTER, Texas Instrument, 2000
[29] 史晓峰、李铮、蔡志权，基于DSP的高速数据采集与处理系
统，《电子技术应用》，2001年第6期
[30] 王涛、张伟良、葛宁、冯重锡，嵌入事实时系统及其在通信系统中的应用，《电子技术应用》，2001年第11期
[31] 奚锦文、周红全，基于DSP的心电监护模块设计，《电子技术应用》，2001年第11期
[32] TMS320C54X数字信号处理器教程，中泰康DSP设计中心，