经过大自然的进化选择,大部分蝙蝠进化出了一套高效的超声波回声定位系统,称为生物声呐。这个生物声呐系统主要包括信号发射部分(嘴或鼻孔)、信号接收部分(外耳)和信号处理部分(大脑),已知的千余种蝙蝠中大约有300种蝙蝠从鼻孔发出超声波声呐信号,然后用耳朵接收反射回波。从使用超声定位的蝙蝠的外形上看,发射信号部分的周围常被复杂的褶皱(鼻叶)所包围,这些褶皱的位置及其结构被认为具有改变蝙蝠超声脉冲发射波束外形的作用,目前已经有实验研究表明鼻叶确实具有复杂的声学功能。但由于生物体的结构的自动调节的可变性和多样化,以及仿生物研究的条件限制,目前大多的研究还局限于观察和粗糙的测量,只能对少的现象加以定性的物理分析。实际上全球的蝙蝠种类繁多,仍有许多种蝙蝠还没有被研究过。至今对大菊头蝠(Rhinolophus luctus)的研究仅限于其发声谱,没有展开其生物组织与超声发射与接收的关系的研究,因此,本文对大菊头蝠(Rhinolophus luctus)鼻叶结构和外耳耳廓的声学功能进行了研究。本文应用数值计算方法首次对大菊头蝠的鼻叶和外耳进行了声学方面的研究,主要分析了大菊头蝠的发射、接收声场方向性分布和鼻叶上一个特殊的翼状叶的声学作用；并首次把物理声学与生物行为学结合起来,用蝙蝠发射声场的方向敏感性解释蝙蝠的扑食行为。在研究大菊头蝠翼状叶的超声定位功能和外耳耳廓结构的声学功能的基础上,提出了一个外耳的仿生模型,分别设计研究了有翼状叶和无翼状叶的两种形式,着重分析了有翼状叶仿生耳模型在超声接收过程中的声学用途,同时分析了仿生耳模型的参数对远场的影响。该模型可应用于麦克风、换能器等器件的轮廓外形,以实现在低频的超声探测中调整波束的方向及强度,达到对主探测区域之外的区域进行探测的目的。论文的主要研究工作和结果如下：1.原始生物数据的获取,实验中应用高分辨率X射线微型CT机对大菊头蝠鼻叶和外耳样品进行扫描,获得鼻叶和外耳的原始数字投影图像。再利用锥形光束重建算法得到了鼻叶和外耳结构的横断面图像,经过高斯滤波器和二值化处理得到空气和生物组织可清晰界定的图像,最后利用三维数字图像处理技术,获得大菊头蝠鼻叶和外耳的三维数字图像。这为下一步的有限元法的数值模拟计算提供了生物体的实际可处理图象。数值计算表明：大菊头蝠的发射声场CF恒频段和FM调频段的声场作用不同,恒频段有两个主波瓣,并具有频扫功能,声场侧重于搜索和判断目标特性的功能；调频段声场有多个波瓣,声场分布随频率的变化而不同,主要侧重于目标方位的标定。这一结论与生物行为学的实验规律相一致。2.利用三维数字图像处理技术,去掉鼻叶结构中翼状叶部分可得到两种对比结构；参照录像记录中大菊头蝠的鼻叶运动,利用相同的技术按照一定角度旋转翼状叶,得到模拟动态的多种静态结构,再做有限元法的数值模拟计算,得到其声场近场声压强度和相位的分布,在无衰减前提下可得远场声压强度的分布,以供下面进行翼状叶的声学功能分析。数值计算表明：翼状叶对CF恒频段非常重要,影响声场远场的波束形状,是形成频扫功能的主要部件；翼状叶的旋转可以改变蝙蝠声场方向敏感性的分布,以便更有效的利用能量。3.对大菊头蝠外耳耳廓接收声场的研究表明,其接收声场与发射声场相适应,表现为CF频段和FM频段声场分布的明显不同。CF频段有两个主波瓣,与发射声场的两个主波瓣相对应,而且有明显的适应多普勒效应的现象；但在FM频段接收声场只有一个较宽的主瓣,不像发射声场那样有多个波瓣且随频率变化巨大。4.利用数字图像技术,根据大菊头蝠的声学分析结果,设计了可变的、简化的斜截式仿生模型；这类简化模型有可能为无线高精度定位设计提供思路。对模型的分析发现：蝙蝠外耳的频扫特性可由简化的人工耳模型来实现,经过对设计参数处理,能够获得良好的仿生效果。带翼状叶的仿生模型可满足更复杂的声场分布要求,翼状叶可以很大程度地改变声场分布,表现出较强的声学作用；而且双翼状叶可以有效的抑制旁瓣,规整主瓣,有较强的应用价值。模型设计参数只有在一定的取值范围内才有较好的声学意义,产生有益的声场分布。翼状叶的变化为麦克风等换能器的自适应外壁设计提供了参考。