基于分形理论的雷达岸线回波生成算法的研究

基于分形理论的雷达岸线回波生成算法的研究

论文摘要

航海雷达/ARPA模拟器可供使用者在实验室条件下,模拟船舶在海上的实际环境,进行操作使用雷达/ARPA设备的训练,以掌握正确运用雷达/ARPA设备进行航行定位、导航和避碰的技术。雷达模拟器在海员培训和适任评估中起着重要的作用。随着航海事业的发展,用户对雷达模拟器的要求越来越高,《STCW 78/95公约》也对雷达/ARPA模拟器提出了明确的要求。 分形(Fractal)理论是目前非线性数学领域中非常活跃的一个分支,它的研究对象是自然界和非线性系统中不光滑和不规则的几何形体。图像的纹理分析、自然景物的模拟、时序分析等研究领域都有大量应用分形理论进行研究和分析的相关文献。 从八十年代开始,分形理论逐渐被引入到雷达信号处理中,它在其中的应用一方面来源于分形学方法的普遍性,另一方面是因为雷达系统中的许多环节包含着分形的产生过程和现象,如地表、海面、森林、山河等。本文将分形理论应用于雷达信号模拟中,针对航海雷达回波图像中具有分维特征的岸线进行了深入分析和研究,并对其进行了模拟,取得了一定的研究成果。本文的主要工作如下: 1.对分形理论的数学基础,特别是对分数布朗运动较进行了较系统的分析和深入的研究。 2.对Koch曲线算法进行了改进,以其为基础对雷达模拟器岸线回波进行细化模拟。 3.提出了改进的随机中点偏移法实现FBM曲线的方法,并用此方法对雷达模拟器岸线回波进行细化模拟。 4.对两种分形算法进行了分析比较。分析了两种分形算法中存在的共性问题以及该问题在实际应用中对雷达模拟器岸线回波的影响,并提出了改进算法解决了该问题。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 分形理论背景介绍
  • 1.2.1 分形概念的提出与分形理论的建立
  • 1.2.2 自然界中的分形
  • 1.2.3 分形是一种方法论
  • 1.3 本课题的提出及研究现状
  • 1.4 论文内容的组织与安排
  • 第2章 航海雷达/ARPA模拟器简介
  • 2.1 航海雷达/ARPA模拟器的发展历史
  • 2.2 STCW78/95公约对雷达模拟器的要求
  • 2.2.1 雷达观测和标绘的培训和评估
  • 2.2.2 自动雷达标绘仪(ARPA)操作使用的培训和评估
  • 2.3 雷达模拟器的系统构成
  • 2.4 雷达模拟器岸线回波的数据结构
  • 第3章 分形的基本理论
  • 3.1 分形的定义及几何性质
  • 3.1.1 分形的定义
  • 3.1.2 分形的性质
  • 3.2 分形维数
  • 3.2.1 Hausdorff维数
  • 3.2.1.1 Hausdorff维数的定义
  • 3.2.1.2 Hausdorff维数的性质
  • 3.2.2 Box维数
  • 3.2.2.1 Box维数的定义
  • 3.2.2.2 Box维数的性质
  • 3.3 迭代函数系统(IFS)
  • 3.4 典型分形结构的程序设计
  • 3.4.1 Koch曲线的递归算法
  • 3.4.2 Koch曲线的LS文法
  • 3.4.3 Koch曲线的IFS生成
  • 第4章 随机分形与分数布朗运动
  • 4.1 布朗运动
  • 4.1.1 高斯分布
  • 4.1.2 布朗运动的数学模型
  • 4.1.3 布朗运动的性质
  • 4.2 分数布朗运动
  • 4.2.1 分数布朗运动的引入及定义
  • 4.2.2 分数布朗运动的性质
  • 4.2.3 FBM的随机中点偏移法
  • 4.2.4 分形参数H
  • 4.3 高维分数布朗运动
  • 4.3.1 高维分数布朗运动的数学描述
  • 4.3.2 随机中点位移法生成FBM曲面
  • 第5章 基于分形理论的雷达岸线回波模拟
  • 5.1 海岸线的分形特性
  • 5.1.1 海岸线的长度
  • 5.1.2 海岸线维数的测定
  • 5.1.2.1 量规法
  • 5.1.2.2 网格法
  • 5.2 基于分形理论的雷达岸线回波模拟
  • 5.2.1 具体操作流程
  • 5.2.2 基于Koch曲线的岸线回波模拟
  • 5.2.2.1 Koch曲线递归算法的改进
  • 5.2.2.2 Koch曲线对岸线回波的模拟
  • 5.2.2.3 Koch曲线算法的应用效果
  • 5.2.3 基于FBM的岸线回波模拟
  • 5.2.3.1 FBM插值模型
  • 5.2.3.2 FBM对岸线回波的模拟
  • 5.2.3.3 FBM的应用效果
  • 5.2.4 两种分形算法的比较
  • 5.2.5 分形算法的改进
  • 5.2.6 分形阈值控制算法在雷达模拟器中的实现
  • 第6章 结论与展望
  • 6.1 总结
  • 6.2 展望
  • 参考文献
  • 攻读学位期间公开发表的论文
  • 致谢
  • 研究生履历
  • 相关论文文献

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