基于H/A目标极化分解理论的统计分析

极化分解理论是雷达测量数据与目标物理散射属性相联系的一座桥梁,在极化SAR信息处理中获得广泛的应用。基于目标方差矩阵的特征矢量分解(H/A)在极化分解理论中备受关注。在此背景下,用新方法重点分析了H/A分解中特征值、特征矢量以及H/A等参数的统计特性,给出了特征值分解的各参数物理机理以及描述其起伏特性的概率密度函数;指出了其受杂波影响导致分解的特征不稳定性,且视图数的不同会导致分解参数不同程度地偏离真实值,在此基础上分析了H/A分解中特征值、特征矢量以及H/A等极化分解参数最大似然估计的偏斜性评估,为准确获得极化特征参数打下了初步的理论基础。     

标准Stokes参数的统计特性分析

文中主要研究了Gauss随机场的标准Stokes参数的统计特征．通过其概率密度函数，得到了其均值、方差以及高阶矩特征，并且简化了Brosseau的表达式，提取了其中所包含的物理特性．新定义的散度、起伏度，以及斜度、峰度可以更加精细地描述随机场的起伏特性．这些都可以应用到随机介质的去极化效应等领域的极化散射特性分析中．     

一层随机小椭球手征粒子Stokes矢量的极化散

推导了任意取向的手征性小椭球粒子的2×2维散射振幅函数及矢量辐射传输方程的Mueller矩阵解, 得到了一层非均匀分布的随机小椭球手征粒子的全极化散射, 计算了任意极化入射下的同极化及交叉极化后向散射系数和极化度. 对穿过手征粒子层的相干波的4个Stokes参数也进行了讨论. 粒子的非均匀取向和手征性都能产生非对角的消光矩阵 和满特征矩阵 , 由此造成4个Stokes参数的耦合. 对手征和非手征粒子的全极化散射做了比较, 得到了手征性对极化电磁散射和传输特性的影响.     

一层随机小椭球手征粒子Stokes矢量的极化散射与传输

推导了任意取向的手征性小椭球粒子的2×2维散射振幅函数及矢量辐射传输方程的Mueller矩阵解, 得到了一层非均匀分布的随机小椭球手征粒子的全极化散射, 计算了任意极化入射下的同极化及交叉极化后向散射系数和极化度. 对穿过手征粒子层的相干波的4个Stokes参数也进行了讨论. 粒子的非均匀取向和手征性都能产生非对角的消光矩阵和满特征矩阵, 由此造成4个Stokes参数的耦合. 对手征和非手征粒子的全极化散射做了比较, 得到了手征性对极化电磁散射和传输特性的影响.     

用极化脉冲镜向回波反演非均匀植被下地表面的粗糙度与湿度

给出矢量辐射传输方程(VRT)求解非球形粒子非均匀随机介质的时间相关的Mueller矩阵, 数值模拟了极化脉冲入射下同极化和交叉极化双站散射. 极化脉冲回波表明了体散射和面散射机制, 描绘了随机散射粒子非均匀占空比的廓线分布, 可以清楚地辨别出由于下垫面反射引起的回波尾峰. 用镜向同极化双站散射的尾峰可以同时反演非均匀植被下地表面粗糙度和湿度.     

一种针对多峰随机分布的不确定性传播分析方法

在实际工程应用中随机变量可能会服从多峰随机分布,如火车减振器在长期使用后的阻尼特性和安全切割试件修复后的疲劳寿命等.传统的不确定性传播方法主要用于处理单峰随机分布问题,而在处理多峰随机分布问题时容易产生较大误差.本研究提出了一种针对多峰随机分布的不确定性传播分析方法.首先,使用高斯混合模型建立多峰随机变量的概率密度函数;其次,发展了一种高效三元降维法计算响应函数的高阶统计矩,该方法可以有效提高不确定传播的计算效率;再次,使用最大熵方法来计算响应的概率密度函数并且通过基于熵值的自适应方法来确定统计矩的最优阶数;最后,使用四个算例验证了提出方法在多峰不确定性传播中的计算精度和效率.     

低合金钢连铸坯的原位统计分布分析研究

采用原位统计分布分析技术研究了不同连铸工艺低合金钢试样的均匀度表征. 以所得到与样品原位置相对应的数以万计原始信号系统解析为基础, 进而获得被测样品的各成分定量统计分布信息. 在成分定量分布图的基础上, 计算了低合金钢连铸试样最大偏析度. 提出了铸坯各原位置成分含量的权重比率方法用以表征材料的均匀度, 并提供了统计分布允许差范围内(C₀±R )所占权重比率(统计均匀度, H )以及权重比率为95%置信度时中位值置信扩展率(统计偏析度, S)两种判断模式, 反映了金属材料较大尺度范围内各化学组成及其形态的定量统计分布规律. 采用上述方法定量地表征了等轴晶发达的试样与柱状晶发达试样之间的差异性.     

岩石孔隙结构的统计模型

通过砂岩CT扫描实验研究了岩石孔隙的几何特征与分布规律,给出了孔隙的形心坐标,孔隙间距、孔隙数和孔径的统计特征与各自分布的概率密度函数．利用Monte Carlo法和随机数算法生成了具有相同统计参数和概率密度函数的随机数序列来模拟孔隙位置、数量和孔径的随机分布．借助FLAC如程序按照随机数序列分配的孔隙位置和统计特征构建了岩石三维孔隙结构模型．在此基础上,应用该模型研究了巴西圆盘劈裂破坏时的应力分布、单元破坏方式以及破裂单元的连通情况．研究表明：孔隙模型具有与真实岩石孔隙结构一致的孔隙统计特征和较好的几何相似性,该模型可以直观地反映孔隙特征对应力分布、破坏方式以及破裂连通性的影响．     

稀疏均匀非同心电磁矢量阵列的2D-DOA与极化联合估计

本文提出了一种稀疏均匀非同心电磁矢量传感器矩形阵列,针对该阵列提出了一种二维波达方向(2D-DOA)和极化参数的联合估计算法.首先利用稀疏均匀矩形阵列的旋转不变性得到周期性模糊的2D-DOA估计,然后提出一种简易的非同心电磁矢量传感器的2D-DOA估计算法来解模糊,再通过一些三角变换得到高精度无模糊的2D-DOA和极化参数估计,最后推导了该阵列多参量估计的闭式克拉美罗界.本文所提阵列的稀疏配置使得在不增加阵元数和硬件复杂度情况下有效扩展了阵列物理孔径,且由于矢量传感器的使用获得了极化分集,使得2D-DOA的估计精度大大增加.此外本文方法能得到2D-DOA和极化参数之间的自动配对,更为重要的是该阵列使用非同心电磁矢量传感器构成,解决了同心电磁矢量传感器互耦严重、硬件设计困难的问题.仿真结果证明了本文多参量估计算法的有效性.     

POLSAR图像杂波L分布建模及其参数估计

基于乘积模型的杂波统计建模是进行高分辨极化合成孔径雷达(POLSAR)图像非均匀区域杂波统计特性分析的有效方法,其核心在于纹理分量随机分布的类型选择.广义伽马分布(GΓD)是一种普适性很强的分布类型,Weibull分布、伽马分布、逆伽马分布等都是GΓD分布的特例,因此基于GΓD分布的图像乘性杂波建模既满足杂波建模的高精度要求,同时成为各种雷达杂波辨识的有效工具.本文首先推导了服从GΓD分布的随机变量的高阶矩特征及其对数累积量(MLC),利用纹理分量服从GΓD分布情形构建了乘积相干斑模型,得到了适用于POLSAR图像处理的L分布杂波多视处理的协方差矩阵的概率分布函数,同时推导了其高阶矩特征及其对数累积量,提出了基于对数累积量的L分布参数估计新方法.针对样本数较少的情况下对数累积量参数估计失效问题提出了基于混合矩(MME)的参数估计方法来解决.然后给出了不同分布的高阶矩和对数累积量,通过二三阶对数累积量关系图辨析了常用分布与L分布的内在关系,得到了L分布是目前乘积模型中适用范围较为广泛的统计分布的结论.最后用仿真数据验证了理论推导的正确性,并将基于对数累积量的参数估计方法与已有方法进行了比较,结果证明新参数估计方法具有更高的估计精度和运算效率;另外,还用实测数据进行了统计模型检验,其结果验证了理论推导的正确性.极化SAR中多视图像L分布杂波的统计建模及其参数估计方法为极化SAR目标检测和识别等领域的新技术研究提供了新手段.     

用矢量天线阵列实现相干Chirp信号多参量联合估计

提出一种采用矢量传感器（天线）阵列联合估计相干Chirp信号初频,调频斜率,2维到达角和极化的算法.通过分数阶Fourier变换估计信号的初频和调频斜率,并用之构造了新的相关矩阵以抑制噪声.利用到达角和电磁极化矢量的特点,解决了由于信号相干带来的自相关矩阵奇异问题.为提高估计精度,采用了扩展阵列间距的L型均匀天线阵列,并提出了在信号相干情况下,解除角度估计模糊的算法.通过仿真,将此算法与常用的空间平滑算法进行了比较,证明了该算法的有效性.     

相干情形下同极化通道特征极化研究

针对相干情形特征极化理论末涉及目标参数变化对特征极化的影响,结合同极化功率密度图详细研究了这一问题．首先对极化散射矩阵进行变极化基处理使其对角化;然后定义了矩阵幅度、绝对相位、幅度比及相位差等4个目标参数,将该对角阵参数化;在此基础上研究了4个目标参数变化对同极化通道目标特征极化的影响,包括其在功率密度图上的个数、位置及极性;最后利用Poincare极化球表征了这些特征极化,并得出了6点结论．实际目标特征极化求解的实验结果验证了理论分析的正确性．     

非匀速运动介质系统中的动生麦克斯韦方程组——低速与非相对论近似

运动介质系统中的电磁场随时间的演化规律是工程技术和应用物理都很关注的核心问题之一.本文首先对比和分析了基于狭义相对论的标准理论和伽利略电磁学的相关发展.接着我们从四大物理定律出发,通过麦克斯韦方程组的积分式,推导出适用于非匀速运动介质在非相对论近似下的动生麦克斯韦方程组.该方程组引入了(机械)力-电-磁的耦合场,拟解决在非惯性系中低速变速运动介质以及介质形状和边界随时间变化情况下的电磁场动力学变化规律.方程组中引入的动生极化项P_S是由外力作用到带电介质并引起介质的加速运动而导致的,它不同于由电场导致的感应极化项P.当存在力-电-磁多场耦合时,方程组不应该保持洛伦兹协变性,且系统的电磁能量不守恒,但封闭系统的总能量守恒.介质运动是产生电磁波的源之一(动生电),描述介质里面的电磁现象使用动生麦克斯韦方程组;当源产生的电磁波在空间传播时使用狭义相对论和经典的麦克斯韦方程组,两者在介质界面相接并满足边界条件.     

谐和与随机激励共同作用下振动能量采集系统的响应预测

非线性振动能量采集技术是近年来获得广泛发展且有效的微电子设备供能手段,而各类设备工作的实际环境较为复杂,亟需建立更加贴近其真实服役环境的模型,以便对俘能效率开展准确的预测与分析.周期激励与随机噪声联合激励模型能有效模拟振动能量采集器的真实服役环境,但当前研究常局限于单独的周期激励或随机激励情形.为此,本文利用径向基神经网络方法,分析谐和与高斯白噪声联合激励下振动能量采集系统的瞬态响应.首先,构造由高斯基函数与时变权值系数组成的FPK方程试解;随后,采用有限差分格式离散时间导数项,构造由FPK方程残差和权值系数约束条件组成的损失函数;最后,对损失函数进行最小化,获得最优权值系数矩阵,进而得到系统时变响应概率密度函数的近似解.以单稳态与双稳态系统为算例,验证该求解方案,考察了机电耦合系数及机电时间常数对系统瞬态响应和输出功率的影响,并通过与蒙特卡罗模拟对比验证了理论解析解的正确性.结果表明,系统在所设激励扰动下,其响应概率密度函数的拓扑结构随时间演化有较大改变;调整系统关键参数将会诱导其发生随机跳跃以及随机P-分岔,且关键参数的改变对俘能效率有显著影响.本工作结果对探究能量采集系统的随机动...     

外电场作用下铁电畴极化反转机制的相场法模拟

采用相场方法模拟了铁电畴的形成及外电场作用下的极化反转,探讨了不同外电场作用下的极化反转机制.结果表明:无外电场作用下,铁电畴的形成是一个形核和长大的过程,系统达到稳定时具有4种铁电畴,其形貌均为平行四边形,其中180°反向畴沿-45°方向规则分布,90°反向畴呈阶梯状规则分布;恒定电场作用下,铁电畴产生90°和180°极化反转,极化方向有利的铁电畴长大,系统达到稳定时,平均极化增加,且恒定电场越大,平均极化越大;交变电场作用下,铁电畴产生极化反转,形成电滞回线和蝶形回线,电场频率或者强度越大,矫顽电场和剩余极化越大,温度越高,矫顽电场和剩余极化越小.     

用合成孔径雷达(SAR)单次飞行全极化图像数据进行地面数字高程(DEM)反演

在合成孔径雷达(SAR)空对地观测中, 倾斜地表面的同极化回波极大值所对应的入射波极化的取向角ψ≠0. 由ψ≠0迁移, 通过二次相干飞行SAR或干涉SAR(INSAR)图像可确定地表面坡度与反演地面数字高程(DEM). 用全极化散射Mueller矩阵解, 将ψ≠0的迁移表示为SAR测量的散射Stokes参数I_vs, I_hs, U_s的函数. 通过Euler角变换, 把ψ迁移与倾斜地表面的水平方位角、射程角以及SAR观测的几何结构联系起来. 在只能获得单次飞行SAR数据的情况下, 提出用倾斜地表水平方位排列产生的图像纹理作形态学细化算法来确定水平方位角. 这样用一次飞行的SAR图像数据, 可确定水平方位角和射程角及其坡度分布, 用完整多重网格算法数值求解地面高程的Poisson方程, 得到地形DEM的反演.     

超声测量结构内部瞬态温度场的重建方法研究

固体结构内部瞬态温度场的无损测量在航空航天、机械制造与材料加工等领域都具有十分重要的作用.本文基于超声波传播速度与温度的相关性,建立了超声测量各向同性材料内部瞬态温度分布的模型,从反演角度入手,将瞬态非均匀温度场的重建问题转化为热边界的反演和热传导正问题计算的问题,应用参数辨识中的共轭梯度法,发展了一种高分辨率的温度场重建方法,并通过数值仿真系统分析算法的精度、抗噪性和稳定性等特性,最后,进行了实验验证与分析.研究表明:基于超声渡越时间反演得到的热边界条件,符合物理实际,重建得到的结构内部瞬态温度分布精度较高、实时性好、适用性强,有利于促进超声无损测温技术的发展,具有重要的工程应用价值.     

存在互耦误差时的圆台共形阵列DOA估计

阵列存在互耦误差时,由于理想导向矢量与实际导向矢量之间存在偏差,使得高分辨空间谱估计方法性能恶化.本文针对圆台共形阵列,充分利用其结构分布特性,以互耦矩阵呈复共轭对称分布为前提推导出了圆台共形阵列的互耦矩阵模型.在此基础上,利用两种模式对互耦矩阵进行分解,由此建立了两种基于圆台共形阵列的互耦误差自校正模型.两种模型均可以实现存在互耦误差时的圆台共形阵列DOA估计,且校正后的导向矢量与实际导向矢量之间的相关程度得到明显改善.另外,本文所提的互耦自校正方法具有较低的信噪比门限.理论分析和仿真结果证实了本文两种模型的有效性,可以为共形阵列的工程应用提供参考.     

瞬态承压热冲击下AP1000反应堆压力容器热应力数值模拟

反应堆压力容器是反应堆系统中最重要的组件之一.在失水事故中通过安注嘴注入的低温冷却水会导致反应堆压力容器发生严重的承压热冲击现象.本文针对AP1000反应堆压力容器承压热冲击现象进行了流体动力学和热-力耦合分析,得到了在冷却水注入瞬态过程中反应堆压力容器内部流场以及壁面温度分布特性,并采用双线性弹塑性模型对反应堆压力容器由于瞬态非均匀温度分布引起的热-力耦合现象进行分析.结果表明,承压热冲击现象会导致反应堆压力容器局部应力过高,在安注嘴区域应力甚至会超过材料的屈服强度,但在安注嘴以外的其他区域结构是安全的并保持在较低的应力状态.本文的数值模拟方法和分析结果可为反应堆的可靠性和安全性评估提供参考.     

大坝变形温变效应分析方法研究

本文基于坝体内部温度场变化滞后于环境温度变化的现象,将连续变化的环境温度离散化,研究得到单个瞬时环境温度变化过程引起坝体温度位移的函数关系,并考虑了环境温度场的时空分布规律与水温、气温等之间的相关关系,将其在目标监测日进行多元函数泰勒展开,得到了大坝位移安全监控模型温度分量的改进表达形式,据此提出了改进温度分量的大坝位移统计模型.