海面散射信号的分形分析及分形维数估计

针对经典分形海面模型的功率谱在空间波数小于基波波数时不能满足正幂率的问题,提出了一种同时具有海浪稳态和瞬态特性的海面模型.该模型将Longuet-Higgins模型和归一化带限WM分形海面模型相结合,解决了分形海面模型不考虑从其他方向传来的涌浪问题.研究了增加涌浪后的分形海面所获得的散射信号的分形特性,从数学上证明了增加涌浪后的二维分形海面所获得的随时间变化的散射信号是分形的,确定了其分形维数的上下界,并进行了仿真验证.仿真结果表明:该散射信号的分形特性几乎不受海面和雷达状态的影响,分形维数是海面内在的固有参量.     

基于LS-SVM的海杂波混沌预测

首先引入分形Brown运动模型，基于S波段雷达实测海杂波数据，计算得到了该分形模型的海杂波Hurst指数，进而求得了S波段雷达实测海杂波的分形维数.然后利用经典的Rosenstein方法，计算得到了S波段实测海杂波的最大Lyapunov指数，从而证实了S波段雷达海洋回波信号具有混沌分形特性.在此基础上，提出了一种基于LS-SVM的海杂波混沌序列预测方法.最后进行了计算机实验，仿真结果证明了该方法具有较高的预测精度.     

基于归一化尺度计盒维数的超声波分形特征研究

基于归一化尺度计盒维数方法研究了超声波分形特征．提出了将时间尺度与幅值尺度归一化的计盒维数方法来快速计算超声回波分形维数；在此基础上，对管道中缺陷超声回波的分形维数进行了计算与统计分析，得到了超声回波的分形维数的统计分布规律．研究结果表明，超声回波具有分形标度不变性，计盒维数能够反映超声回波信号波形的复杂程度和不规则程度，这种方法可以在超声自动检测中用来快速判断缺陷的有无．     

基于空间分形特征差异的目标检测

为有效检测海杂波中的弱小目标,针对海杂波的分形特征随大时空变化的特点,提出使用短时间内空间分形特征差异来检测海面弱小目标的方法.该法充分利用短时间和局部海域上海杂波的分形维具有稳定性,目标区域和海杂波间存在较大空间Hurst参数差异的特点,克服传统分形维检测法使用固定门限检测效果不佳的缺陷.经理论分析和IPIX雷达实际数据检测,目标和海杂波的特征量均值差异约为3,优于原方法分形维的均值差异小于0.8的检测效果.     

基于分形理论的水合物回波特征提取及分类识别

针对海底裸露块状天然气水合物的探测问题,为了能从超声回波中准确提取天然气水合物的特征信息并与其他海底沉积物的特征进行分类识别,提出基于分形理论的水合物分类识别方法。通过实验室超声探测装置获取各类海底沉积物样品和天然气水合物样品的回波信号,并利用分形理论对回波信号进行分析,提取不同海底底质的声学回波特征,然后利用分类算法对底质进行分类识别。利用概率神经网络对沉积物试样回波样本的原始广义维数谱及经过核Fisher判别分析法优化后的特征进行分类识别。研究结果表明：采用多重分形方法提取的不同海底底质的广义维数谱特征差异明显,可以达到区分天然气水合物和其他沉积物的目的;未经优化的原始广义维数谱的识别准确率约为68.8%,而采用降维优化处理后的识别准确率提高到82.3%,表明经降维优化后的核Fisher判别分析法对天然气水合物回波信号的识别具有较好的适应性和较高的准确率。     

常规雷达飞机目标回波多重分形特性分析

常规雷达飞机目标回波的多重分形特性提供了对产生目标回波结构动力学特征的精细描述,为常规雷达飞机目标的分类和识别提供了新的途径.在介绍多重分形的研究方法以及常规雷达飞机目标回波数学模型的基础上,利用多重分形测度分析手段,详细分析常规雷达飞机目标回波的质量指数和多重分形奇异谱等多重分形特性曲线,并定义质量指数对称度Rτ、多重分形谱宽度Δσ和非对称指数Rσ等多重分形特征参数.实验结果表明:喷气式飞机、螺旋桨飞机和直升机这3类飞机目标的常规雷达回波数据具有显著不同的多重分形特征,所定义的3种多重分形特征参数可以作为常规雷达飞机目标分类和识别的有效特征.     

二维海面红外图像分形维数最优估计

针对分数布朗运动模型计算分形维数时只适用于海面风速较小、图像谱表现为等方向性的情况,提出了能表现海面红外图像各向同性和异性特征的分形海面随机场模型.针对变分法中尺度范围选择不当,海面红外图像分形维数估计精度不高的问题,首先为了保持红外图像的分形特性和避免图像"混淆"现象的产生,提出了最小尺度的确定准则.然后将所建二维海面模型作为海面红外图像的参考模型,构建了最小目标函数,运用最优的运算准则和最小二乘拟合确定了尺度间隔与海面红外图像的分形维数、图像的基波波长和像素尺寸之间的最优函数关系.最后,通过模拟验证了对尺度范围进行最优估计的必要性.     

基于一种新型分形理论的语音端点检测

为提高语音端点检测在较低信噪比下的准确率,当语音信号与随机噪声在不同尺度上进行小波变换时,针对其传递特性不同的特征表现及其特点,提出了一种新的基于分形维数的语音信号端点检测方法,即对带噪语音信号进行小波重构,去噪后,利用分形维数方法计算信号的维数,实现语音的端点检测.并给出其原理和具体算法.仿真实验结果表明,该方法简单可靠,有效可行,与已有方法相比,更具有广泛的实用性.     

Higuchi算法的抗噪特性分析及其应用

Higuchi方法用于计算分形维数在一维分形信号中应用广泛,但是它的抗噪性能分析却未见文献报道。针对不同信噪比下的时间序列,分析了Higuchi分形维数算法的抗噪性能。实验结果表明:在信噪比较大时,Higuchi分形维数受噪声影响很小;当信噪比较小时,Higuchi分形维数值随着信噪比的增大而变小。由于Higuchi分形维数具有抗噪性,当在降噪方法比较简单时,仍然可以在一定程度上体现信号的非线性特征。在机械故障检测中的应用也表明,Higuchi分形维数能检测到系统是否发生故障。     

基于分形盒维数检测QRS波群定位方法

应用分形盒维数检测理论，对心电信号的分形特征进行了研究，结果显示不同格子尺度下检测到的覆盖信号盒子数与格子尺寸之间存在密切的对数线性关系，这表明心电信号也具有分形特性。同时，研究过程中还发现当采用一个时间窗来对信号进行检测时，在心电信号中QRS波群位置检测到的分维较大。而且这种差异很显著。在这个发现的基础上，提出了基于分形盒维数检测的心电信号QRS波群定位方法，经实际应用表明该算法速度较快，并能有效去除干扰，可用于心电信号特征点的实时检测中。     

基于分形维数的刀具状态在线监测新方法

以分形几何理论为基础,对刀具不同磨损阶段声发射信号的分形特征进行了分析。提出了计算非完全分形体信号波形的关联维数时尺度范围的确定方法,分析了声发射信号在刀具磨缶过程中分形维数的变化特性。刀具磨损切削实验数据表明,声发射信号的分形维数受切削参数变化影响较小,分形维数反映了声发射信号的几何特征,其大小能较好地反映刀具的不同磨损状态。实验结果表明,该方法能正确地实时在线监测刀具的不同磨损状态。     

关于分形的定义与分维的计算

本文目的旨在解决分形学(Fractals)中的一个悬而未解、而又至关重要的问题,即分形及其度量——分形维数的确切严格定义。进而分别考察离散分形与连续分形的分维计算公式。阐述一种具有并行、实时且普遍适用的分形维数——Minkowski维数及其数字化算法。     

关于分形的定义与分维的计算

本文目的旨在解决分形学(Fractals)中的一个悬而未解、而又至关重要的问题,即分形及其度量——分形维数的确切严格定义.进而分别考察离散分形与连续分形的分维计算公式.阐述一种具有并行、实时且普遍适用的分形维数——Minkowski维数及其数字化算法.     

基于小波和分形理论的多径衰落信号分析

首次将小波理论和分形理论相结合来分析多径衰落信号，从多径衰落信号产生的动力学机制出发，指出了多径衰落信号具有分形的特征，进一步研究多径衰落信道的多重分形特性，分析并指出了多重分形维数是描述无线信道传播特性的重要参数，根据多径衰落信道参数突变，首次指出了多径衰落信号具有局部奇异性，其局部奇异性对信道参数估计和信号重构有着重要的作用，中提出了短时网格分形维数的定义和给出了其计算的详细算法，用Lipschitz指数来表征局部奇异性，利用小波检测多径衰落信号奇异性和信号重构。仿真实验结果表明：小波重构后信号具有很好去噪性能；多径衰落信号不同尺度下小波变换系数具有自相似性，论证了多径衰落信号的分形特性，不同移动速度时多径衰落信号的多重分形特性仿真实验表明：随着移动速度增大，其短时网格分形维数也变大。     

关联维数在汽轮机故障诊断中的应用

在汽轮机轴系典型故障模拟试验的基础上,对故障信号的关联维数进行了计算研究.采用G-P算法分别计算了故障信号的时域波形及小波高频重构波形的关联维数,采用自相关函数法确定延迟时间.计算结果表明,对原始信号进行高频重构后再计算关联维数,可以达到突出故障信息,增大关联维数对故障的区分度的目的,此关联维数可以作为汽轮机故障诊断的定量指标.     

一种新的小波分维数及其在钻头磨损监测中的应用

根据小波变换与分形理论在认识事物的本质上都是基于从总体向局部、从宏观向微观的自相似原理,提出一种以小波作为标尺来定义分维数的思想,从而建立了一种以信号的绝对和作为度量参数的小波分维数。对钻头整个磨损历程中钻削力信号小波分维数变化规律的研究表明:运用小波分维数可更加有效地刻画信号的本质特征,钻削过程扭矩和轴向力信号小波分维数的变化与钻头磨损之间表现出密切的相关性,采用该方法可准确实现钻头磨损状态的监测。     

分形信息论及其应用

本文简述分形信息理论及其应用，解决了在分形几何学中悬而未解的问题，即什么是分形，什么是分形维数。本文所引进的分形示性数，分形维数与分形维谱统一与概囊了人们熟知的相信维数，容量维数、盒计数维数、信息维数与Ｒｅｎｙｉ维数。最后通过倍周期分支通向混沌之示例说明分形信息度量之应用，揭示分形信息论与分形几何学之间本质差别。分形信息论为复杂模式与图象之研究提供了新方法。     

土石分形检测中的数字图像处理方法研究

土木工程人员经常用粗料颗粒分布分维、粗料轮廓分维这些结构指标作为土石混合体定量化研究的依据,用以解释土石混合体的力学特性,并以这些参数作为土石混合体工程分类的依据。目前技术人员以手工筛分实验来计算粒度分维数。展开对土石混合体微结构研究,劳动强度大,操作不便,极大地制约了对土石混合体微结构的研究。提出了利用数字图像处理技术来测量土石混合体分形维数的方法。实验验证结果表明,该方法减轻了工程技术人员手工检测的劳动强度,实用有效。     

滚动轴承故障诊断中的分形

简述了滚动轴承运转中时序列时表现时的自相似性，重构了振动信号对应的嵌入相空间的序列，计算得出分维数，实验结果表明，振动时域序列的分维数在不同工况，不同间隙下是有差别的，可以做为识别主要轴承的特征量。