分形表面电磁散射特性研究

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1、硕士学位论文分形表面电磁散射特性研究RESEARCHONCHARACTERISTICSOFELECTROMAGNETICSCATTERINGFROMFRACTALSURFACE刘伟健哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TM937.2学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文分形表面电磁散射特性研究硕士研究生：刘伟健导师：齐超教授申请学位：工程硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM937.2U.D.C:621.3Diss

2、ertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONCHARACTERISTICSOFELECTROMAGNETICSCATTERINGFROMFRACTALSURFACECandidate：LiuWeiJianSupervisor：Prof.QiChaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalEngineeringAffiliation：SchoolofElectricalEngineeringandAutomati

3、onDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要为了深入研究电磁波、光波探测信号与不规则背景表面之间的相互作用机理及物理本质，以便为雷达目标探测、不规则材料表面的探测与遥感提供必要的理论依据，利用分形理论对具有分形维度的粗糙表面进行建模。分形理论是一门以现实生活和自然界广泛存在的复杂且非规则的几何形态为研究对象的新兴学科。具有自相似性、无标度性和自仿射性的分形几何学出现，为准确描述海岸线的长度等此类问题提

4、供了有力的工具。研究粗糙表面散射特性时，由于一维和二维随机粗糙表面的统计参数具有一致性，不随粗糙表面的单向尺度变化而改变，即在一定的标度之间存在统计自相似性。可以采用改进的Weierstrass函数来更好地描述具有分形特性的表面。本文首先是针对已知的分形几何理论及其特征，对自然界中的物体表面采用改进的Weierstrass函数进行仿真建模，并分析了不同特征参数对分形表面粗糙程度的影响。利用电磁波及电磁散射的基本理论，从电磁场中电磁波满足的亥姆霍兹方程入手，由数理方程中的格林公式得到介质表面分界面散射场的积分方程，并对该积分方程进行数值分析，得到了材料表

5、面介质分界面上电磁场及其导数的严格积分结果。从而根据格林函数的数值积分，对一维分形函数随机表面电磁散射的散射场进行数值计算。同时，推导出基于基尔霍夫近似理论的二维分形粗糙面散射场，在HH极化条件下，给出了二维分形面的平均散射系数和平均强度系数，通过理论分析和数值计算讨论了粗糙面散射特性与面分维、入射波波长等其他参量之间的关系。其次，本文对一类分形表面散射波信号进行混沌特性分析，对分形表面散射波的时间序列数据进行相空间重构，确定出时间延迟和嵌入维数m，计算相空间的混沌不变量：关联维数和最大Lyapunov指数，得出分形表面散射波具有混沌特性。最后采用透

6、反光谱测试系统测出四种不同样片的绝对反射率，并通过实验对常温、高温环境下的样片表面的BRDF值进行测取，得到材料表面的散射特性，文章的最后讨论了低温环境对材料表面散射特性的影响。关键词：分形表面；电磁散射；混沌分析；绝对反射率-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInordertofurtherstudytheinteractionmechanismandthephysicalnaturebetweendetectionsignalfromelectromagneticwavesandlightwavesandthebackgroundo

7、firregularsurface,whichprovidednecessarytheoreticalbasisforthedetectionofradartargetandtheremotesensingofirregularsurface.Fractaltheoryisusedtosimulateroughsurfacewithfractaldimension.Fractaltheoryisaemergingdisciplineservesforcomplexandirregulargeometrywidespreadexistinreallife

8、andthenature.Theappearanceoffractalgeometrywith