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.     

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.     

一维带限Weierstrass分形粗糙海面电磁后向散射的微扰法研究

运用微扰法研究了平面电磁波入射随机粗糙海面的后向散射问题,结合一维带限Weier-strass分形粗糙海面的功率谱,导出了一维带限Weierstrass分形粗糙海面后向散射截面的数学表达式,进一步得出了不同极化状态下后向散射系数的计算公式。通过数值计算得到了两种情形下后向散射系数随入射角的变化曲线,讨论了粗糙面高度起伏均方根、分维、空间基频、标度区间、海水温度、入射波频率对后向散射系数的影响。得到了一维带限Weierstrass分形粗糙海面后向散射系数的基本特征、分形特征、随频率变化特征。     

分形介质分数阶反常守恒扩散模型及其解析解

建立了分形介质中分数阶瞬时点源反常守恒扩散模型．并利用分数阶微积分理论和F0x函数理论给出了解析解，同时给出了散射函数谱的表达式．结果表明，散射函数谱仍具有尺度函数的特性，经典的瞬时点源扩散问题可作为特例，所得解析解可作为基本解进行叠加．     

基于PM谱的二维各向异性海面电磁散射的微扰法研究

运用微扰法研究了基于PM谱的二维各向异性海面电磁散射问题,结合其功率谱推导出了平面电磁波入射时的散射系数表达式。通过数值计算得到了HH极化下双站散射系数随散射角变化的曲线,讨论了摩擦风速、风区范围、海面上方10 m高度处的风速、观察方向与逆风方向之间夹角和入射波频率对双站散射系数的影响,得到了基于PM谱的二维各向异性海面电磁散射的基本特征、分区特征和随频率变化的特征。     

骨X射线图像纹理的分形特征分析

将骨X射线图像的投影功率谱视为分数布朗运动，由此提出一种新的分形维数的定义，即沿不同方向，对功率谱密度空间的投影功率谱运用线性递归方法计算方向分形维数，并将最大和最小方向分形维数的比值定义为一项各向异性特征，该比值反映了骨小梁模式各向异性的程度。实验结果表明，这项各向异性指数对两类骨质疏松X射线图像有较好的分辨力，可用于模式分类。结合骨小梁模式的谱特征，定义的方向分形维数以及由其得到的各向异性指数所形成的特征集应用于骨质疏松的定量分类，具有潜在的价值。     

时间序列分形特征的判别

研究了判断时间序列是否具有分形特征的几个参数：庞加莱映射,李雅普诺夫指数,关联维数,功率谱及赫斯特指数,分析了它们各自的优缺点。认为：在已知动力学系统时,使用庞加莱映射和李雅普诺夫指数就能准确地判断该时间序列是否分形;在不知道动力学系统时,使用功率谱及赫斯特指数更好些。最后给出了分形在时间序列分析中适用的场合。     

煤表面介观形貌特征的二维功率谱分析

将分形理论运用于煤的介观表面结构研究。用分形雏数来表征煤表面粗糙度水平．结合原子力显微镜实验观测手段对煤样品表面进行实验观测，采用功率谱算法得出煤表面介观的分形参数，得到的分形雏数与理论预测值一致．表明运用分形理论，采用功率谱法得出的分形雏数来研究煤的表面结构特征是可行的．图8，参10．     

复杂海面电磁散射的修正面元模型

针对合成孔径雷达成像系统中,利用传统面元模型在含泡沫的复杂海面环境下得到的面元后向散射场误差较大,导致成像模糊的问题,提出了一种复杂海面电磁散射的修正面元(MFM)模型。首先建立精确的海水介电模型来计算含泡沫海面介电常数;然后基于Elfouhaily海谱模型生成具体的海面样本,并将其划分成一个个小面元;最后计算出各面元的散射场,将其叠加得到海面样本的散射结果。与实测数据的对比表明,传统面元模型在大入射角时的仿真结果出现衰减现象,而加入泡沫的修正面元模型将使衰减降低近10dB,增强了与实测数据的吻合度。采用MFM模型对海面电磁散射特性及布儒斯特效应进行实验,结果表明:风速对海面布儒斯特效应影响较大,在P波段当风速由4m/s增大至10m/s时,布儒斯特效应减弱85%左右。     

基于二分算法的全球导航卫星反射信号数值分析研究

海面风场反演是利用全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)进行海面遥感探测的一个重要应用,其前提是确定散射区域信息。通过分析比较S.C.Wu算法及在此算法基础上提出的二分法,仿真得出二分算法测得的镜面反射点也可以正确得到散射点的区域变化信息。仿真分析了二分法下的海面散射信号的时延-多普勒二维相关功率关系,验证了二分算法模型简单且实际应用性强的优势。     

基于二分算法的GNSS-R数值分析

海面风场反演是利用全球导航卫星系统反射信号（GNSS-R）进行海面遥感探测的一个重要应用,其前提是确定散射区域信息。通过分析比较S.C.Wu算法及在此算法基础上提出的二分法,仿真得出二分算法测得的镜面反射点也可以正确得到散射点的区域变化信息。最后,仿真分析了二分法下的海面散射信号的时延-多普勒二维相关功率关系,验证了二分算法模型简单且实际应用性强的优势。     

一维带限Weierstrass分形海面电磁散射的矩量法研究

采用一维带限Weierstrass分形函数来模拟实际的分形海面,依据海水的介电特性,运用矩量法研究了锥形波入射一维带限Weierstrass分形海面的电磁散射特性。通过数值计算得到了散射系数随散射角的变化曲线,讨论了风速、分维、海水盐含量、入射波频率对散射系数的影响,得到了一维带限Weierstrass分形海面散射系数的基本特征、分形特征和随频率变化特征。结果表明,风速、分维和入射波频率对散射系数有显著影响,而海水盐含量对散射系数的影响较小。     

一维带限分形Weierstrass地面的宽带电磁散射特性研究

应用微扰法理论并结合一维带限分形Weierstrass功率谱密度推导出了宽带散射系数的计算公式,然后运用微扰法实现了地面宽带电磁散射问题的计算,得到了散射系数随入射波波长的变化曲线。分析了高度起伏均方根、分维数、土壤湿度、温度对散射系数的影响结果。结果表明,高度起伏均方根、分维数、土壤湿度对散射系数的影响明显,而温度对散射系数几乎无影响。     

基于船舶运动的微波多普勒海面回波模拟与分析

根据船载雷达探测海面时的工作特点,深入研究走航状态下微波段电磁波与海表面的作用机理.根据线性波浪理论和船舶运动规律,建立了基于时变海面的船舶运动模型,并通过与实测数据对比验证了模型的有效性.采用小斜率近似法计算海面的电磁散射,仿真得到走航状态下微波段海面散射回波,并分析了不同船舶运动方式对回波多普勒谱的影响.通过采用空间海浪反演算法验证仿真结果,证明了回波模拟算法的正确性.结果表明船舶运动导致回波统计特征发生明显变化,该结论为船载平台下海面后向散射回波研究与海浪反演算法改进提供了先验信息与理论模型.     

热线温度场稳定性的实验研究——李雅普诺夫指数和分形数

对热线温度场的稳定性进行了实验研究.得到了周期解和准周期解的自相关功率谱线.李雅普诺夫指数可以表征动力系统的形态.分形数则可以表征混沌程度.李雅普诺夫指数和分形数随参数的变化,定量地表征了非线性系统运动形态的演变,用实验数据计算得到该动力系统的李雅普诺夫指数LE_1>0,但LE_1《1,且LE_1→0,分形致为2相似文献   

二维激光海面漫反射能量分布特性

针对激光点对点通信方式的不足,根据实战需要提出了利用海面作为激光漫反射媒介进行组网通信的设想,并且采用前后向迭代的数值方法结合格林函数谱加速算法对激光海面漫反射通信的能量分布特性进行了研究.通过仿真计算和实验验证,得出了二维激光海面双站散射系数,并对激光光束入射海面后的散射场进行了分析.结果表明:入射激光束经过粗糙海面散射后,能量大部分集中在前向散射区域上,而后向散射强度很弱,并且在散射场的边缘处能量迅速衰减,说明激光海面漫反射组网通信方法是可行的.     

数字PCB电流传导干扰信号实时检测系统的设计

从分形维数概念出发,提出了基于短时分形维数的模糊控制滤波方法.提出了网络分形维数和短时分形维数的新算法,讨论了模糊控制滤波方法中的模糊控制参数的选取.通过在虚拟仪器(VI) LabVIEW 6.i平台上对数字印制电路板电流传导干扰信号进行实时检测,结果表明：经过信号处理,该系统具有信噪分离、测量电流传导干扰信号的功率谱等功能.     

基于二阶谱的海面微波散射特性仿真

基于波面的二阶谱特征,研究了粗糙海面后向散射特性并进行了数值仿真。仿真结果表明,在散射模型中考虑海浪波面的二阶谱特征时,海面微波后向散射特性呈现出随方位角和入射角等参量变化的差异,体现了粗糙海面的非线性效应。     

基于物理模型的动态海面电磁仿真方法研究

针对微波海洋遥感中复杂海面电磁环境难以准确建模的问题,给出了粗糙海面及目标的电磁仿真方法。通过海浪谱模型建立了与实际情况相符的三维海面,设置相应的电磁参数,准确复现海洋环境。采用时域有限差分方法(FDTD),将空间和时间离散化并进行迭代运算,计算动态实时的电磁分布状态。最后通过仿真对海面模型进行验证,并给出了相应的电磁分布状态。结果表明,该方法能够有效实现完整的海洋电磁散射仿真系统。     

基于电磁散射模型的宽带雷达海杂波特性分析

宽带雷达在抗干扰、目标识别与跟踪等方面具有独特优势。基于粗糙面电磁散射模型对宽带雷达海杂波特性进行了分析。首先利用PM谱函数建立二维海洋粗糙面,引入锥形入射波来克服粗糙面的边缘衍射;然后利用物理光学电磁散射模型,并结合子带合成法,得到宽带条件下散射单元的杂波幅度;最后对宽带雷达杂波回波信号进行建模与仿真,得到海面环境杂波的频谱特性和一维距离像,进而分析了雷达工作带宽、入射擦地角和海面风速对海杂波特性的影响。仿真结果表明:雷达工作带宽增加,入射擦地角减小,海杂波回波幅值均有明显下降,而海面风速对海杂波幅值影响不太明显。