基于改进二维分形模型的海面模拟方法

针对粗糙海面的非线性和自相似性特点,在带限Weierstrass分形函数的基础上,建立了改进二维分形模型,描述了表面谱与空间波数之间的正幂率和负幂率关系,针对P-M海谱给出了分形参数的定量描述,实现了对粗糙海面的模拟。仿真结果表明,模型能够生成不同风速下的海面模型,反映了小尺度波浪的细微结构和大尺度波浪的浪涌特性,不同尺度的组成波之间具有较好的自相似性,可以较好地模拟粗糙海面背景。

二维分形海面电磁后向散射系数的分析与计算

根据改进的二维分形海面模型推导了一种在不同极化方式下(HH水平极化,VV垂直极化)新的电磁后向散射系数计算方法,对多个海浪波长区域内所有分辨单元后向散射系数进行平均统计.在时域内研究了海水介电常数、电磁波入射角、入射频率以及风速风向对后向散射系数的影响,运用盒维数方法计算了该散射系数的分形维数.最后通过数值分析方法证明了该散射系数实部与虚部曲线是分形的,并且与二维分形海面的分形维数相等,从而表明该海面的雷达回波信号也具有分形特性,为运用分形理论研究海面微弱目标检测提供了一个重要方法.

一种改进的聚合模型在污泥絮凝-沉降模拟中的应用

鉴于在试验中难以观测到污泥絮团的粒径分布情况,且以往类似模拟中鲜有考虑絮团分形特征及絮团黏结效率的问题,通过一种改进的聚合模型来模拟污泥颗粒间的分形聚合机理,并在群体平衡模型(PBM)和两相流Mixture模型基础上对污泥的絮凝-沉降进行三维数值模拟。模拟结果表明:建立的数学模型能较好地反映黏性污泥分形絮凝-沉降规律,具预测絮团粒径分布的能力;在同一时刻絮团的粒径分布范围随着分形维数的降低逐渐变宽,大粒径絮团数量迅速增加,小粒径絮团数量逐渐减少;初始颗粒数量的衰减速率随分形维数的增大而增大;絮团数量总体呈先增加后减少的趋势,但当分形维数不同时,其最大值随分形维数的增大而增大,出现时间随着分形维数的增大而有所缩短。

改进的一维分形海面模型在分层海面电磁波透射问题中的应用

运用微扰法研究了平面波入射分层介质粗糙面的电磁波透射问题,采用改进的一维分形海面模型模拟实际的分层海面,推导出了平面波入射时的透射系数计算公式。通过数值计算得到了HH极化透射系数随散射角的变化曲线,讨论了中间介质介电常数和厚度、摩擦风速和入射波频率对透射系数的影响,得到改进的一维分形分层海面透射系数的基本特征、分区特征和随频率变化的特征,结果表明透射系数近似具有"量子化"特征。

基于微扰法的改进一维分形模型分层海面电磁散射研究

运用微扰法研究了平面波入射分层介质粗糙面的电磁散射,采用改进的一维分形海面模型模拟实际的分层海面,推导出了平面波入射时的散射系数计算公式。通过数值计算得到了HH极化双站散射系数随散射角的变化曲线,讨论了中间介质介电常数和厚度、摩擦风速和入射波频率对双站散射系数的影响,得到改进的一维分形分层海面散射系数的基本特征、分区特征和随频率变化的特征,结果表明散射系数近似具有"量子化"特征。这些结果在诸如海洋遥感、无线电传播与通信、粗糙面重构等方面中有着广泛的应用。

矿区地形三维建模研究

在矿床建模中,为给岩性建模及品位建模提供边界检测,区分空气块和实体块,必须精确建立矿区地形模型.针对传统地形建模插值算法不能如实反映地表真实自然形态的缺陷.论文引入了基于分形维数的表面插值算法——改进的中点移位法,对于某矿山原始采样数据进行了细分内插计算.利用矩形网格法绘制了该矿山地形等值线,并建立了该矿区的地形三维模型.结果表明:改进的中点移位法,提高了细分过程的平稳性,使整体形状容易控制;采用矩形网格法绘制地形等值线,其算法简单,容易实现,效果较好.

基于双向有限差分抛物方程法的海洋环境电波传播研究

采用双向抛物方程(two-way parabolic equation,2WPE)法来预测复杂海洋环境中的电波传播特性,用双向有限差分(two-way finite-difference,2WFD)法求解2WPE,考虑了海岛等不规则地形引起的电波后向传播和大气波导的影响,并在前向和后向电波传播预测中引入一种改进的分形海面模型来模拟起伏波动的实际海面边界,且能模拟海面的大尺度浪涌特性和毛细波细微结构特性.在典型的数值算例中,我们将采用改进分形模型处理海面边界时计算得到的双向电波传播因子和采用Miller-Brown模型处理海面边界时计算得到的双向电波传播因子进行对比和分析,数值分析结果表明,在相同风速条件下,采用改进分形模型处理海面边界时计算得到的双向电波传播因子波动更剧烈,能更准确地反映出实际起伏波动海面对电磁波传播的影响.

起伏海面的雷电电磁场传播特征及其对闪电定位精度的影响

为了研究起伏海面对雷电电磁传播的影响,本文利用Barrick表面阻抗理论和Wait近似算法,采用改进二维分形海面模型模拟起伏海面,利用数值模式,分析起伏海面的雷电电磁传播特征,并进一步讨论了起伏海面对时差法闪电定位系统定位精度的影响。结果表明:起伏海面对垂直电场和磁场的峰值的影响不显著,但会引起波形的上升期时间的延长,浪高越大,影响越明显;随着观测距离的增加,雷电垂直电场波形的上升时间逐渐变长;风速的变化与雷电垂直电场波形的上升时间成正比;由于海面起伏引起雷电电磁场波形在传播中的变化会影响基于时差法闪电定位系统的定位精度,定位误差可达几至十几公里。

基于IVDF-SVR耦合模型的边坡变形预测

针对改进变维分形在分形维数进行拟合预测中的不足,提出一种基于改进变维分形理论(IVDF)和支持向量回归机(SVR)理论耦合的分形预测模型。该模型利用支持向量回归机(SVR)理论来对原来改进变维分形模型中分形维数序列进行拟合预测。以茅坪滑坡的边坡位移监测数据为例,选取ln(r)-ln(S1)累计和序列分维分段曲线作为预测模型的分形参数曲线,先利用改进变维分形模型计算各曲线的分段分形维数,进而预测边坡的位移值,再利用IVDF-SVR耦合模型计算各曲线的分段分形维数,进而预测边坡的位移值。预测结果表明,IVDF-SVR耦合模型充分利用了分形理论的自相似性,使预测模型具有良好的抗噪性,同时结合SVR理论的自学习能力,可以实现小样本、非线性条件下的数据拟合与预测的优势,使得该模型能够达到较好的预测长度和较高的预测精度,有着较好的应用前景。

改进的二维分形模型在海面电磁散射中的应用

提出了一种改进的二维分形海面模型,其表面谱函数在空间波数小于基波波数及大于基波波数时分别满足正幂率关系和负幂率关系.通过比较可以发现在不同风速时,改进模型的空间自相关函数及表面轮廓谱和有关文献结果有较好的吻合.在满足Kirchhoff近似条件下推导了改进分形模型的散射系数及散射强度系数的计算公式并进行了数值计算,比较了改进模型和经典模型的后向散射强度系数角分布并详细讨论了它们随入射频率、海上风速和风向的变化.