激光大气闪烁的分形分析

采用分形理论分析了激光大气闪烁的统计特征。研究结果表明：在弱起伏条件下,激光大气闪烁的分形维和奇异性随光强起伏的增强而增大,而其长期相关性则减小;不同Fresnel尺度下具有相同闪烁指数的激光大气闪烁的分形特征存在着明显的差别;在强起伏条件下,有限的数据中尚未发现分形维有饱和现象,因此可以用来描述激光大气闪烁的强度。     

规则表面形貌的分形和多重分形描述

以6种具有典型特征的生成元构造了6个具有相同rms粗糙度的规则表面,用变分法计算了这些表面的分形维数,结果表明,分形维数可以将具有相同rms粗糙度的表面区分开来,它定量表征了表面的总体形貌。进一步将多重分形的方法应用到对这些表面的分析中,发现多重分形谱可以全面反映表面概率的分布特征。多重分形谱的宽度可以定量表征表面的起伏程度,多重分形谱最大、最小概率子集维数的差别可以统计表面最大、最小概率处的数目比例。 关键词： 粗糙度 分形维数 多重分形谱     

分形理论在分子动力学模拟中的应用

本文基于分形理论提出了一个假说,认为实际流体分子的无规运动可以用分数布朗函数作为概率密度函数来描写,而其分数维数可根据分子运动的图像确定。本文以流体Ar作为对象进行了分子动力学模拟,根据分子动力学模拟的结果提取了运动的分数维数,构造了描述分子无规运动的分数布朗函数,并对所提出的假说进行了验证。     

高炉铁水含硅量的分形结构分析

以山东莱钢1号高炉和山西临钢6号高炉在线采集的铁水含硅量(［Si］)的时间序列为样本, 利用重标级差分析(R/S)和盒维数计算方法, 得出两座高炉［Si］时间序列的Hurst指数H分别约为0.257和0.224, 盒维数D_B分别约为1.712和1.724, 完成了对［Si］值波动复杂程度的定量估计, 证明两者的时间序列均为长程负相关的分形时间序列.随后根据分形迭代函数的理论与方法,确定相关参数,迭代生成模拟的［Si］时间序列, 拟合效果较好. 关键词： 铁水含硅量 重标级差分析 Hurst指数 分形拟合     

近地层大气光学湍流的分形和间歇性特征分析

利用光纤湍流测量系统获得了合肥西郊科学岛上气象观测场内下垫面平坦的水面上方0.48m、草地上方1.8m和23m高处的大气折射率起伏的观测数据,采用R/S分析法计算了近地层大气光学湍流的赫斯特指数和分形维数,统计分析了分形维数的日变化特征及概率分布特征。结果表明:对于一天的不同时段,分形维数在一定范围内动态变化,且中午时段相对稳定;在三种下垫面条件下,全天分形维数的值大多在1.3~1.4之间,其最可几概率位于1.35处,从均值来看,草地上方1.8m的分形维数最大,水面上方0.48m次之,草地上方23m处最小。最后,初步探讨了近地层大气光学湍流分形维数、间歇性指数和湍流发展程度的相关性。     

多重分形降趋波动分析法和移动平均法的分形谱算法对比分析

多重分形降趋波动分析法(MFDFA)和多重分形降趋移动平均法(MFDMA)是用来估算一维随机分形信号多重分形谱的两种算法, 已被拓展应用于二维和高维分形信号的分析. 本文简要介绍了MFDFA和MFDMA算法及其在一维时间序列中的应用. 首次系统地从算法模型、计算统计精度、样本量的敏感性、无标度区选取的敏感性、矩选择的敏感性和计算量这六个方面对两种算法进行了对比分析, 以典型多重分形信号BMC信号为例, 分析两种算法的适用性和优劣性. 为实际应用中, 针对具体信号如何选用MFDFA或MFDMA算法, 以及两种算法的参数设置提供了有价值的参考.     

基于分形脊波神经网络的遥感图像分类研究

在分形理论和脊波神经网络的基础上，综合利用彩色遥感图像的光谱、纹理和形状特征，提出了一种彩色遥感图像的分类新方法．该方法把彩色图像的蓝、绿、红波段作为3个光谱特征，由分形理论计算的DBC维和多重分形维数作为2个纹理特征，平均不变矩作为1个形状特征，并利用对曲线具有极强方向识别能力的脊波神经网络作为分类器．实验结果表明，提出的彩色遥感图像分类方法具有较高的分类准确率和较强的抗噪音能力．     

多重分形分析图象边缘提取算法

提出了一种基于多重分形分析的图象边缘提取算法,通过计算每个象素点的奇异值和多重分形谱,并根据多重分形谱的各种测度修正,提取出图象的边缘信息.在分析图象的各种象素点的多重分形谱特性的基础上,着重分析了多重分形谱常用的若干测度以及选取标准.该算法利用奇异性Hölder指数和多重分形谱以及它们组成的判据来进行图象边缘提取的思路不同于传统的基于梯度的局部极值点来进行图象边缘提取的方法.实验结果表明:该算法可以在保留重要边缘信息的情况下去除不重要细节,更能符合人的视觉心理.     

低山丘陵区可见光谱的分形特征

遥感影像记录的反射光谱特征主要来源于异质反射地物的光谱综合作用,了解其空间分布特征有助于影像解译和遥感模型的建立.该文以低山丘陵区10月底多光谱TM遥感影像为研究对象,采用统计学和多重分形相结合的手段分析其空间变异性.结果表明,研究区可见光谱(0.45～0.69μm)亮度值(digital number,DN)空间分布...     

激光大气闪烁的小波频谱分析

激光对数光强起伏的快速傅里叶变换功率谱的无标度区间的标度指数在许多情况下很不稳定,并且超出了理论界限,因而本文引入了离散小波变换（ＤＷＴ）频谱分析。通过对１／ｆ信号的快速傅里叶变换频谱和离散小波换频谱的对比分析,验证了离散小波变换频谱分析的优越性。激光大气闪烁的离散小波变换频谱的无标度区间的标度指数在一天内（除日出后和日落前两段时间外）的变化比较稳定,并且超出理论界限。这此结果表明,对于一般在大气     

激光大气闪烁的高频谱特性

 采用三波长闪烁仪进行了大气边界层的光传输实验,结果表明：在相同的传播条件下,非平面波激光大气闪烁功率谱的高频部分与波长存在着一定的关系,功率谱无标度区间的斜率即标度指数是一个与湍流强度、波长等因素有关的函数,在满足弱起伏的条件下,标度指数一般与波长呈负相关,波长愈长则标度指数愈小,频谱下降的趋势愈快;波长愈短则标度指数愈大,频谱下降的趋势愈慢。     

Fractal analysis of river flow fluctuations

We use some fractal analysis methods to study river flow fluctuations. The result of the Multifractal Detrended Fluctuation Analysis (MF-DFA) shows that there are two crossover timescales at s_1×∼12 and s_2×∼130 months in the fluctuation function. We discuss how the existence of the crossover timescales are related to a sinusoidal trend. The first crossover is due to the seasonal trend and the value of second one is approximately equal to the well-known cycle of sun activity. Using Fourier Detrended Fluctuation Analysis, the sinusoidal trend is eliminated. The values of Hurst exponents of the runoff water of rivers without the sinusoidal trend show a long-range correlation behavior. For the Daugava river, the value of Hurst exponent is 0.52±0.01 and also we find that these fluctuations have multifractal nature. Comparing the MF-DFA results for the remaining data set of Daugava river to those for shuffled and surrogate series, we conclude that its multifractal nature is almost entirely due to the broadness of probability density function.     

激光在湍流大气中传输的闪烁系数及其测量

理论研究了激光光束经过湍流大气后闪烁系数的变化规律,以ARM7的嵌入式系统构建数据采集模块,在采集激光光强因为大气湍流影响而变化的数据的基础上对存储的数据使用闪烁系数数学模型进行运算,运算结果通过网络传输,由PC端的界面显示变化曲线,从而了构造一个可以感测大气湍流的远程探测系统。用转动的相位板模拟湍流大气,利用所开发的测试系统测量激光光束通过湍流大气后的闪烁系数。实验结果显示高斯光束在湍流大气中的闪烁系数随传输距离的增加而增大,与理论模拟结果基本相符。由此可见该系统工作可靠稳定,可实时测量激光光束经过湍流大气的闪烁系数。     

激光在湍流大气中传输的闪烁系数及其测量

 理论研究了激光光束经过湍流大气后闪烁系数的变化规律,以ARM7的嵌入式系统构建数据采集模块,在采集激光光强因为大气湍流影响而变化的数据的基础上对存储的数据使用闪烁系数数学模型进行运算,运算结果通过网络传输,由PC端的界面显示变化曲线,从而了构造一个可以感测大气湍流的远程探测系统。用转动的相位板模拟湍流大气,利用所开发的测试系统测量激光光束通过湍流大气后的闪烁系数。实验结果显示高斯光束在湍流大气中的闪烁系数随传输距离的增加而增大,与理论模拟结果基本相符。由此可见该系统工作可靠稳定,可实时测量激光光束经过湍流大气的闪烁系数。     

城市路径下激光光强起伏特性测量及链路余量估算

 在城市环境下进行了3.5 km的激光大气传输实验。实验中对光强起伏和到达角起伏进行了同步测量,分析了接收光强起伏的统计特性以及传输路径上大气折射率结构常数的特性。基于实验结果,对自由空间光通信中不同闪烁指数下的衰落冗余以及不同探测阈值下的衰落概率进行了估算,从而为空间光通信系统的设计提供可靠的实验基础。     

实际大气中闪烁指数测量的数据处理

在闪烁指数定义的基础上,综合考虑背景光噪声、探测器固有噪声和散粒噪声等影响闪烁指数测量精确度的因素,修改了测量系统的数学模型,并对现有数据处理方法做出改进。在1 km距离上进行了激光水平传输实验,分别采用了现有方法和改进方法处理实验数据,并对获取的3种闪烁指数进行了比较。实验结果显示:修改后数学模型相比现有模型更符合实测值;相比系统本底噪声,探测器散粒噪声要高出一个数量级,将会严重影响测量准确度;在信噪比有较大波动的条件下,改进方法受到的影响小于现有方法;在信噪比较低时,改进方法的准确度优于现有方法。     

实际大气中闪烁指数测量的数据处理

在闪烁指数定义的基础上,综合考虑背景光噪声、探测器固有噪声和散粒噪声等影响闪烁指数测量精确度的因素,修改了测量系统的数学模型,并对现有数据处理方法做出改进。在1 km距离上进行了激光水平传输实验,分别采用了现有方法和改进方法处理实验数据,并对获取的3种闪烁指数进行了比较。实验结果显示：修改后数学模型相比现有模型更符合实测值;相比系统本底噪声,探测器散粒噪声要高出一个数量级,将会严重影响测量准确度;在信噪比有较大波动的条件下,改进方法受到的影响小于现有方法;在信噪比较低时,改进方法的准确度优于现有方法。     

Fractal growth of deposited films in tokamaks

Surface topography of some amorphous films from the T-10 tokamak has been analyzed by using the scanning tunnel microscope. Film surfaces on the scale from ∼10 nm to ∼100 μm have stochastic topography and a hierarchy of granularity. Fractal geometry and statistical physics techniques have been used to study a variety of irregular films within a common framework of the invariance under scaling. Quantitative analysis of a local fracture surface has been made. Experimental probability density functions of surface height increments resemble the Cauchy distribution rather than the Gaussian function. Stochastic topography of the film surface is characterized by the Hurst exponent in the range of 0.68-0.85, indicating non-trivial self-similarity of the structure. A fractality (porosity) of deposited films has to be considered as a critical issue of the tritium inventory in fusion devices. The process of film growth on plasma-facing materials (PFMs) in tokamaks is considered in a frame of the surface growth problem.