海杂波背景下的目标检测新方法

提出了一种基于分形布朗运动模型的S波段雷达海杂波分形维数提取方法.分析了基于记忆库混沌时间序列预测方法，引入一种改进核函数的支持向量机分类器.在此基础上，提出了一种新的海杂波背景下目标检测方法.应用S波段雷达实测海杂波数据，计算得到了该信号的分形维数与Lyapunov指数，验证了S波段雷达海杂波的混沌分形特性.仿真实验结果验证了该方法具有较强的检测能力和抗杂波性能. 关键词： 分形布朗运动 分形维数 记忆库预测方法 支持向量机分类器     

最小二乘支持向量域的混沌时间序列预测

从支持向量域SVD(Support Vector Domain)出发，根据Takens延时相空间重构思想，利用支持向量机非线性映射，建立了混沌时间序列和混沌非线性相轨迹运动的SVD预测模型.采用数据集作为支持对象元素，机器自学习缩小模型泛化误差的上界，利用最小二乘支持向量域(SVD)，预测了Henon/Lorenz/Rossler三种混沌时间序列.预测结果表明，三种预测模型将集合映射到一个更高维特征空间，通过嵌入维数，实现了序列预测，误差随嵌入维数变化趋于恒定，与支持向量机(SVM)相比，SVD所需支持向量少，收敛速度快，鲁棒性强，核函数选择容易灵活，且存在自适应方法.网格点数提高了10—20倍，序列预测在小样本、非线性、未知概率密度条件下，预测和实际值取得了一致. 关键词： 支持向量域 混沌 最小二乘 时间序列预测     

混沌时间序列的支持向量机预测

根据混沌动力系统的相空间延迟坐标重构理论,基于支持向量机的强大的非线性映射能力, 建立了混沌时间序列的支持向量机预测模型,并在统计学习理论的基础上采用最小二乘方法来训练预测模型,利用该模型对嵌入维数与模型的均方根误差的关系进行了探讨.最后利用Mackey-Glass时间序列和变参数的Ikeda 时间序列对该模型进行了验证,结果表明,该预测模型能精确地预测混沌时间序列,而且在混沌时间序列的嵌入维数未知时也能取得比较好的预测效果.这一结论预示着支持向量机是一种研究混沌时间序列的有效方法. 关键词： 混沌时间序列 支持向量机 最小二乘法     

基于平均场支持向量机的混沌时间序列预测

提出了一种新的基于支持向量机的混沌时间序列预测方法，该方法利用平均场理论使支持向量机的学习过程变得简单高效。同时由于该方法将支持向量机的参数近似为高斯分布的，因此采用平均场理论能够容易的求解这些参数，这样获得的支持向量机的参数比传统的基于二次规划的算法更加精确，而且学习速度更快。最后利用该方法对嵌入维数与模型的泛化能力关系进行了探讨，并利用Mackey-Glass时间序列对该方法进行了验证，结果表明：该预测方法能精确地预测混沌时间序列,而且在混沌时间序列的嵌入维数未知时也能取得比较好的预测效果.这一结论预示着平均场支持向量机是一种研究混沌时间序列的有效方法.     

小波包分形在远区核爆电磁脉冲识别中的应用

针对远区核爆电磁脉冲(NEMP)和闪电电磁脉冲(LEMP)的识别率不能满足实际需求的问题,提出了一种基于小波包分形技术的识别方法。首先,对实测的NEMP和LEMP做插值、归一化等预处理;然后,基于小波包理论对预处理后的信号进行2层小波包分解,并利用小波包系数重构信号的分形维数,组成信号的特征向量;最后,采用最小二乘支持向量机(LSSVM)作为分类器,利用五折交叉验证法选取最优的模型参数,将特征向量输入分类器中进行训练后获得测试结果。实验结果表明,小波包分形方法在NEMP和LEMP的识别上效果显著,平均识别率达到99%以上,具有较高的应用价值。     

一种混沌海杂波背景下的微弱信号检测方法

基于复杂非线性系统的相空间重构理论,提出了一种基于遗传算法的支持向量机预测方法.利用改进的自相关法和饱和关联维数法确定混沌信号的时间延迟和嵌入维,从而实现相空间重构.通过遗传算法优化支持向量机中的惩罚系数和核函数参数,并结合支持向量机建立混沌序列的单步预测模型,从预测误差中检测出淹没在混沌背景中的微弱信号(包括瞬态信号和周期信号).以Lorenz系统和加拿大McMaster大学利用IPIX雷达实测得到的海杂波数据作为混沌背景噪声进行仿真实验,结果表明该方法能够有效地从混沌背景噪声中检测出微弱目标信号,所得的均方根误差为0.00049521(信噪比为-89.7704 dB),这比传统支持向量机方法的均方根误差(0.049,信噪比为-54.60 dB)降低了两个数量级.     

基于模糊模型支持向量机的混沌时间序列预测

基于支持向量机强大的非线性映射能力和模糊逻辑易于将先验的系统知识结合到模糊规则的 特性, 根据混沌动力系统的相空间重构理论, 提出了一种混沌时间序列的模糊模型的支持向 量机预测模型,并采用适用于大规模问题求解的最小二乘法来训练预测模型,利用该模型分别 对模型的整体预测性能与嵌入维数及延迟时间的关系进行了探讨.最后利用Mackey-Glass时 间序列和典型的Lorenz系统生成的时间序列对该模型进行了验证,结果表明该预测模型不仅 能够自动的从学习数据中获取知识产生模糊规则，提取能够代表混沌时间序列内在规律的支 持向量，大大减少支持向量的数目，精确地预测未来的混沌时间序列,而且在混沌时间序列 的嵌入维数未知和延迟时间不能合理选择的情况下,也能取得比较好的预测效果.这一结论预 示着基于模糊模型的支持向量机是一种研究混沌时间序列的有效方法. 关键词： 模糊模型 混沌时间序列 支持向量机 最小二乘法     

闪电光电信号的同步观测与闪电类型模式识别

 利用宽带电场仪和光学纹波探头，对2006年夏季广东省从化地区发生的自然闪电的光电信号进行了同步观测，并对结果进行了统计分析。统计结果表明：闪电光信号脉冲的发生时间和峰值到达时间总是滞后于电信号，并且脉冲上升沿和宽度也比电信号宽；云闪的光信号在上述特征参数的滞后量、上升沿时间和脉宽时间差要比地闪回击放电大。从闪电光电信号时域信号特征的角度，利用BP人工神经网络，对闪电类型进行了模式识别研究。总体识别结果基本上能够满足要求，但是由于云闪放电过程比较复杂，获得的数据较少，所以对云闪识别的效果并不理想。     

两相流相空间多元图重心轨迹动力学特征

本文提出了一种新的混沌时间序列高维相空间多元图重心轨迹动力学特征提取方法. 在确定了最佳嵌入维数和延迟时间后, 将相空间中高维矢量点映射到二维平面的雷达图上, 相应地将相空间中高维矢量点变换为对应的几何多边形. 通过提取几何多边形的重心位置得到重心轨迹动力学演化特性, 并利用重心轨迹矩特征量区分不同性质的混沌时间序列. 在此基础上, 处理分析了气液两相流电导传感器动态信号, 发现高维相空间多元图重心轨迹矩特征量不仅可以辨识泡状流、段塞流和混状流, 而且为流型动力学演化机理提供了新的分析途径.     

金属互连电迁移噪声的分形特征

为了研究金属互连电迁移失效机理并寻找新的电迁移表征参量，应用分形理论，通过电子扩散轨迹分形维数，将电迁移噪声时间序列分形维数与晶粒间界分形维数相联系，确定了噪声时间序列分形维数在电迁移演变中的变化趋势.研究结果表明，在金属互连电迁移前期，晶粒间界形貌越来越复杂，致使噪声时间序列的分形维数逐渐增大；成核后，由于空位凝聚成空洞，晶粒间界形貌变得较成核前规则，致使噪声时间序列的分形维数减小；成核时刻是其折点.实验结果证明理论分析的正确性，噪声时间序列的分形维数可望作为金属互连电迁演变的表征参量.     

核爆与雷电电磁脉冲识别

用经验模态分解和分形分析相结合的方法对核爆和雷电电磁脉冲信号进行了识别研究。计算了核爆和雷电电磁脉冲原始信号的盒维数,以及原始信号经验模态分解后前4阶固有模态分量（IMF）的盒维数。用最近邻法对核爆和雷电进行了识别,实验结果表明:原始信号经验模态分解后一阶、二阶IMF盒维数的识别率要略高于三阶、四阶IMF盒维数的识别率;原始信号盒维数的识别率高于经验模态分解后各阶IMF盒维数的识别率;二维和三维特征的识别率要高于一维特征的识别率,另外二维和三维特征的识别率更加趋于稳定,并且三维特征的识别率都在90%以上。     

依据光谱研究闪电回击通道核心的特征参数

闪电回击通道核心中的大电流及其强电磁辐射是引发多种雷电灾害的主要根源。随着现代科技的飞速发展,闪电防护工作显得越为重要。为了完善闪电防护系统,需要从描述闪电回击通道核心的特征参数入手深入研究闪电通道形成和发展过程的微观物理机制。截至目前,光谱观测是获取闪电通道核心特征参数的最佳手段。2015年夏天在青海高原地区的野外试验中,利用由高速摄像机作为记录系统组装的无狭缝光栅摄谱仪,结合快天线地面电场测量仪,记录到一次包括四个回击的云地闪电放电过程的光谱以及与之同步的快电场变化信息。依据光谱,结合等离子体理论计算得到闪电回击通道核心的电导率。在此基础上,应用闪电电动力学模型计算了闪电回击速度、峰值电流、贯穿通道核心的电磁场以及通道核心单位长度的峰值功率等特征参数。结果表明,回击速度在(1.2～2.3)×108 m·s-1的范围内;贯穿回击通道核心的轴向电场、径向电场和磁感应强度的最大值分别在(1.42～1.74)×105 V·m-1,(8.22～9.99)×108 V·m-1和(1.51～2.83) T的范围内。当闪电回击的峰值电流在(7.52～24.05) kA的范围内时,回击通道核心的峰值功率在(0.63～1.92)×109 W·m-1的范围内。另外,分析了电导率、起始电场峰值、回击速度和峰值电流与峰值功率之间的相关性,结果发现峰值电流和峰值功率具有良好的线性关系。研究结果可为探索闪电回击通道形成和发展过程的微观物理机制提供参考依据。     

一次强云对地闪电首次回击过程的光谱分析

利用无狭缝光栅摄谱仪, 获得了一次强云对地闪电首次回击过程400～600 nm范围的光谱, 将原子结构的理论应用于闪电光谱的研究, 用多组态Dirac-Fock方法, 计算了有关光谱线的波长﹑振子强度以及相应的激发态能量等参数, 并重新辨认了波长为419.0和425.3 nm的谱线. 结合相应的光谱跃迁参数和电学观测资料对试验光谱进行了分析, 并发现, 回击通道的光谱结构及特性与闪电放电的强度密切相关, 在强闪电回击过程中, 激发能量较高的OⅡ离子谱线增强. 根据光谱特征推断, 强闪电回击通道的峰值温度应高于过去的估算值.     

光谱法研究闪电通道的导电特性

依据无狭缝光栅摄谱仪在青海获得的云对地闪电回击光谱信息,结合空气等离子体传输理论,用四种不同方法计算了同一闪电放电通道的电导率。结果表明：各种方法所得闪电核心通道的电导率数量级均为104 S·m-1;且同一通道内的电导率随通道高度的增加有减小的趋势;通道内电子与一次、二次电离离子的碰撞以及它们各自的碰撞对通道电导率的贡献不可忽略;用碰撞积分的方法计算闪电核心通道的电导率结果更为合理。在通道电导率的基础上估算了回击通道的放电电流,与辐射峰值电场实验资料所得的相应峰值电流相比,其结果在合理的范围内, 并进一步探讨了温度与电流放电特性的相关性, 为研究闪电放电电流提供了一条可行的途径。     

雷电电磁脉冲对架空电力线的耦合效应

 从传输线模型出发，通过建立雷电回击通道、大地和电力线系统一体化模型，采用时域有限差分法计算得出雷电回击电流的近场分布，将场值代入离散的传输线方程后，计算了架空电力线终端的感应过电压。通过对多导体架空线和单导体线终端感应过电压的分析，发现由于其它导体的存在，多导体系统中单根导体两端的感应电压峰值比相同高度处单一导体两端的感应电压峰值低10%～20%；并且对于垂直导体结构，最小感应电压产生在距离地面最近的导体上；而对于水平导体结构，最小感应电压产生在中间导体上。     

闪电回击场多尺度分析

利用聚合经验模式分解(EEMD)方法对闪电负地闪回击电场波形进行了分析并得到一系列具有物理意义的内禀模态函数 (IMF)。 结果表明,IMF1是高频噪声项,趋势项R主要是静电场作用的结果。 IMF2~IMF11表现出闪电通道的不同尺度放电特征。通过计算IMF分形维数,发现越高阶的IMF对应着越大的分形维数,表明越高阶的IMF对应着越曲折的闪电放电通道。相比于基于经验模式分解（EMD）的希尔伯特-黄变换（HHT）谱和小波谱,基于EEMD的HHT谱能改善模态混叠现象,EEMD更适合于观察像闪电这种非平稳非线性信号。     

自然闪电条件下敷地线缆耦合试验

研制了一套能够同时测量线缆皮线和芯线感应电流的试验系统,研究自然闪电条件下敷地线缆的耦合问题。结果表明:不同位置处的线缆皮线感应电流波形基本一致,但幅值存在一定差异,说明感应电流空间分布不均匀; 所测线缆芯线和皮线感应电流的时域波形和频谱比较相似,能量集中在1 kHz~1 MHz之间; 正负地闪芯线感应电压波形均为单一脉冲型,波形持续时间10~49 μs; 正地闪线缆感应电压的幅值范围及幅值平均值都大于负地闪相应结果,说明正地闪产生的线缆耦合作用大于负地闪; 不同雷电过程的线缆感应电压幅值与磁感应强度有较小的相关性,而同一雷电过程则基本成线性关系; 正地闪线缆感应电压波形持续时间、半峰值宽度、10%~90%上升时间的范围及均值都比负地闪的要大。     

人工触发闪电电流波形特征参数分析

通过分析在夏季强雷暴活动频繁的山东滨州地区连续4年人工触发闪电实验中所获得的闪电回击通道底部电流资料,结果表明人工触发闪电回击峰值电流几何平均值为14.6kA,电流波形10％—90%上升时间和30％—90%上升时间的几何平均值分别为2.3μs和1.8μs,相应上升陡度分别为4.7kA/μs和4.4kA/μs.波形半峰值宽度的几何平均值为17μs,回击1ms内转移电荷量的几何平均值为1.2C,回击电流作用积分的几何平均值为6.1×10³A²s.对比研究表明回击峰值电流与接地状况、回击电流波形的上升时间以及半峰值宽度之间没有明显相关性,但与电流波形上升陡度以及回击1ms之内转移电荷量之间存在相关性,回击峰值电流（I_p）与回击1ms内转移电荷量（Q）之间满足关系式：I_p=14.1Q^0.69.通过与自然闪电放电参数的对比分析表明,人工触发闪电回击过程与自然地闪放电的继后回击过程相似. 关键词： 人工触发闪电 地闪 闪电电流 回击     

负地闪CPT放电事件的发生规律研究

本文分析了2012年广州地区6次雷暴过程的负地闪中不规则脉冲簇(chaotic pulse trains,CPT)放电事件的发生规律.结果表明:CPT是负地闪整个放电过程中普遍存在的放电现象,在323次负地闪中有243次出现了CPT放电事件,比例达到了75.2%,并且能够发生在负地闪的首次回击之前、回击之间以及最后一次回击之后,其中有66.7%的继后回击之前和11.5%的最后一次回击之后发生了CPT.研究也发现,CPT在继后回击之前有四种分布类型:单独出现一次CPT-c(与继后回击相连的CPT)、单独出现一次CPT-i(与继后回击有一定时间间隔的CPT)、同时出现CPT-c和CPT-i以及同时出现多次CPT-i,其中,单独出现一次CPT-c类型最为多见,39.4%的继后回击之前为此类型,而在第一次和第二次继后回击之前更容易出现多次CPT的现象,分别占到对应次序回击总数的9.4%和7.7%.而随着继后回击次序的增加,其之前发生CPT的概率呈减小的趋势,并且除了第一次和第二次继后回击以外,其他继后回击之前CPT-c的出现频次大于CPT-i.另外,CPT-i和最后一次回击之后的CPT均叠加在K变化上,部分回击间的CPT也能够发生在J过程中.     

基于VHF辐射源短基线定位系统对闪电放电过程的研究

利用闪电VHF辐射源短基线定位系统2009年东北大兴安岭地区的观测资料,对正、负地闪和云闪放电过程中的VHF辐射源进行了定位研究.根据闪电VHF辐射源的二维位置(方位角和仰角)随时间的演变特征,结合同步观测的快、慢电场变化资料分析发现,持续时间较长的地闪预击穿过程在云中的放电通道呈双层结构,预击穿过程结束阶段的云内放电表现为反冲流光,预击穿过程的平均速度在10⁴m/s量级.预击穿过程为梯级先导的发展提供了必要的条件,梯级先导从预击穿起始位置开始并向下发展,产生较强的辐射,平均速度在10⁵m/s量级.K过程主要是流光沿之前已电离通道的传输.正、负地闪回击阶段前后的放电特征有明显不同,正地闪回击之后,连续电流期间的较长时间的云内放电产生较强的VHF辐射.对闪电在125---200MHz频段范围的VHF辐射频谱特征的统计分析发现,辐射能量呈现出幅值随频率增加而减小的趋势,在通带范围上基本遵循f^-2.9的衰减率递减.