海杂波的多重分形判定及广义维数谱自动提取

海杂波中的微弱目标检测历来是一个难题,传统的检测方法一直不能得到较好的检测效果。多重分形理论的引入为海杂波中微弱目标检测提供了一个很好的途径。文章提出了多重分形无标度区间自动识别的改进算法,既保留了该算法的客观性,又降低了它的保守程度,使估计的区间更贴近真实无标度区间,同时实现了广义维数的自动计算。实验证明,该方法优于原方法,结果更为精确。

高速列车振动监测数据的广义维数特征提取

为监测高速列车的运行状态,采用多重分形分析列车振动监测数据,提取一种基于多重分形理论的广义维数谱参数(谱最大值Dmax、谱最大值与最小值之差ΔD和谱均值珡D),以3种广义维数谱参数作为特征量,实现对列车正常状态、空气弹簧失效、抗蛇行减振器失效和横向减振器失效状态的表征。实验结果表明,Dmax、ΔD和珡D均能够表征高速列车的运行状态且具有一定稳定性,为高速列车运行状态的识别提供了一种有效的方法。

基于多重分形理论的再生水灌溉下土壤粒度分析

再生水灌溉是缓解水资源矛盾的有效途径,为表征再生水灌溉后土壤粒度分布(Soil particle size distribution,PSD)特性,通过室内土柱模拟试验,设置生活污水(W1)、再生水1(W2)和再生水2(W3)共计3种灌溉水质,并以自来水(W4)作为对照,采用马尔文激光粒度仪测定灌溉1 a后各处理土壤颗粒百分比,运用分形理论分析了4种水质处理下土壤PSD的分形特征。结果表明:(1)4种水质处理下土壤PSD呈单峰分布;与W4处理相比,W1、W2、W3处理下土壤黏粒含量增加0.40%~6.38%,砂粒含量降低1.58%~13.80%,土壤非均匀性增强,但各处理间差异不显著。(2)再生水灌溉下土壤颗粒呈细粒化趋势,土壤PSD多重分形参数增大,土壤PSD趋于不均匀。在0~10 cm土层,W3处理下土壤PSD多重分形参数容量维数D(0)、信息维数D(1)、相关维数D(2)和多重分形奇异谱宽Δα(q)最大,分别为0.943、0.837、0.823和1.035;在10~20 cm土层,W2处理下D(0)、D(1)、D(2)和Δα(q)最大,分别为0.943、0.851、0.852和1.009。(3)土壤PSD的多重分形参数D(0)、D(1)、D(2)、Δα(q)和α(0)与土壤黏粒含量呈显著正相关,与砂粒含量呈显著负相关,土壤分形特征由土壤中黏粒与砂粒的相对含量控制。研究表明,在试验期内,再生水灌溉下土壤PSD的空间异质性与非均匀性增大,可以通过多重分形参数进行定量表征。

基于多重分形的雷达目标的模糊检测

利用多重分形的概念对海杂波和舰船雷达目标回波进行了分析 ,并提取出其多重分形特征用于舰船目标检测 .实验表明 ,广义维数谱具有良好的可分性和稳定性 .在检测中 ,将待查信号分为两类 :海杂波目标和舰船目标 ,将广义维数谱作为特征矢量 ,计算其相对于两类目标的隶属度并作出判断 .

基于多重分形和小波变换的声目标信号特征提取

研究了基于关联积分的广义维数谱的定量计算方法,提出了声目标信号的多重分形特征,并对其特征即广义维数谱的有效性进行了分析;同时利用小波变换分析既能反映信号在变换域特性又保留其时域信息的特点,提出基于小波变换的子空间能量及主要能量集中子空间时域信息的特征提取方法,并通过模糊神经网络识别系统对声目标信号的广义维数谱、子空间能量及时域信息的组合特征进行了验证.

故障诊断中的多重分形分析

建立了模拟实际故障的实验装置,采集了碰摩故障、油膜振荡及碰摩和油膜振荡相互作用的耦合故障振动信号。运用多重分形理论,对实测故障信号计算出多重分形广义维数,重点讨论广义分形维数谱和奇异谱,并提出广义维数谱能和奇异谱能的概念,并以两谱能作为特征量,实现对故障特征的提取与识别。研究表明:将广义维数谱能和奇异谱能结合使用,有利于分析识别故障信号,增强可靠性。该研究为复杂旋转机械故障诊断提供了一种识别方法。

基因组序列CGR图形表示的多重分形分析

为了更好地描述基因组序列CGR(chaos-game representation)图形的分形特征,引入多重分形理论进行分析。通过研究3种概率集对标度不变性范围的影响,选取出标度不变性最好的概率集,计算光滑的广义维数谱和多重分形谱。结果表明:以相对概率组成概率集时标度不变性最好,而且标度不变性随尺度变化可被分为3个不同的区域,这反映了基因组序列不同长度的序列片段有不同的分布规律。可见,多重分形方法可以用于描述基因组序列CGR图形的分形特征。

雷达辐射源信号的多重分形特性研究

分形维数可以描述信号的复杂程度,但是单个分形维数描述信号是不够的,故对不同调制雷达辐射源信号的多重分形特性进行研究。通过仿真六种常见脉内调制雷达辐射源信号,并计算它们在不同情况下的多重分形广义维数,结果发现多重分形广义维数对噪声不敏感,同时,同一种调制方式下调制参数对广义维数的影响也不大。因此,多重分形广义维数可以作为雷达辐射源信号脉内调制方式识别的分类特征。

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。

放牧强度对无芒隐子草空间分布的多重分形结构影响

以内蒙古高原短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原为研究对象,设置不放牧(对照区,CK)、轻度放牧(LG)、中度放牧(MG)和重度放牧(HG)4个放牧强度处理,分析丛生类禾草空间分布状态及其对放牧强度的响应。结果表明,随着放牧强度增加,无芒隐子草(Cleistogenes songorica)空间分布的多重分形度逐渐增大。无芒隐子草空间分布多重分形特征在CK处理下最为复杂,随放牧强度增加,空间分布的多重分形特征复杂程度增加,但均小于CK处理。无芒隐子草空间分布的均匀度在LG和MG处理下较大。CK处理下无芒隐子草空间分布的复杂性主要由母株株丛繁殖能力、扩散能力和群落中种群竞争决定,HG处理下无芒隐子草空间分布的复杂性由放牧家畜选择性采食、随机游走践踏和种群本身的耐受能力决定。

碰摩耦合故障诊断识别的分形方法研究

为了研究碰摩故障、油膜振荡及碰摩和油膜振荡相互作用耦合故障,建立了模拟3种故障的实验装置,采集了故障振动信号。运用多标度分形理论,计算了故障振动信号分形维数并绘出广义维数谱,由此提出广义维数能谱的概念,并以广义维数能谱作为特征量,实现了对3种故障特征的提取与识别。提出了用广义维数能谱作为分析识别故障信号的判据,为复杂旋转机械故障诊断提供一种识别方法。

全断面隧道施工围岩变形多重分形特征研究

以马尾山隧道工程为依托,根据多重分形理论,采用多重分形维数谱宽度表征围岩变形的不规则程度,采用广义分形维数谱曲线表征围岩变形的均匀程度,采用信息维数与容量维数的比值(D1/D0值)表征变形数据的离散程度,分析了围岩变形的多重分形特征。分析结果显示:隧道拱肩不同测点围岩变形多重分形维数谱曲线均呈非对称抛物线形;同一监测断面不同测点谱宽度差别明显,表明其围岩变形不规则程度不一;相较于测点L1,测点L2的广义分形维数谱曲线更陡,表明该处围岩变形不均匀程度更高;测点L1,L2的D1/D0值接近,表明围岩变形数据离散程度相差不大,测点L4,L5围岩变形数据离散程度明显高于测点L3,L6。分形理论分析结果与现场监测的变形数据一致。

巴丹吉林沙漠东缘不同粒级砂土空间分布的多重分形研究

为了探讨不同粒级砂土(细砂,中砂,粗砂)空间变化的特点,引入多重分形理论,揭示粒级砂土随着土层深度空间变化情况.针对土壤属性做了空间变异性分析,利用Pearson相关系数考察了不同深度下粒级砂土分布密度之间的关系,进一步做了多重分形特征判断,表明不同粒级砂土空间分布存在多重分形的变化特征.又利用广义分形谱探讨了相应的多重分形特点.多重分形谱表明,不同土层深度下,粒级砂土空间变异性增强,同时密度空间分布的变异性依赖高密度分布区的程度增强.