《基於混沌分形理論低溫目標連續光譜散射特性研究》是依託哈爾濱工業大學，由齊超擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於混沌分形理論低溫目標連續光譜散射特性研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：齊超
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
目前我國目標散射特性研究成果不適用於空間環境，研究真空低溫目標連續光譜散射特性是空間科學一項重要內容。.課題基於混沌分形理論和雙向反射分布函式(BRDF)，開展近地空間低溫目標連續光譜散射特性研究：(1)建立低溫目標散射特性混沌分形模型。它具有數學表達和物理散射機理一致性，解決傳統方法無法反映散射信號所具有的時空混沌特性和分形特性；(2)仿真低溫目標表面，模擬隨機散射場。利用混沌分形理論，研究衡量表面輪廓不規則性的分形維數和特徵長度變化對目標散射特性影響；(3)研製低溫連續光譜BRDF測量系統並實驗研究散射特性。溫度200-300K，光譜400-10600nm，測量偏差<0.05，實驗分析散射特性與入/反射空間方位及溫度、波長關係，建BRDF統計模型，對比理論模型，研究適用性強、精準性高表征目標散射特性模型的構建方法。.以上理論和實驗將為複雜太空目標散射/輻射相關問題深入系統研究奠定基礎。
結題摘要
本項目進行的目標散射特性研究綜合利用了混沌分形理論、輻射傳輸理論與電磁散射理論等多種非線性工具結合環境溫度、光譜因素等研究了確定目標系統內部的非線性因素相互作用機理，揭示了不同粗糙表面在相同的外界環境作用下表現出的不同散射特性物理本質。首先利用以分形理論為基礎的改進帶限WM(Weierstrass–Mandelbrot)函式對粗糙表面進行了模擬，並與傳統模型進行了比較，分析了基本波數和不同諧波數等特徵參數對分形表面粗糙程度的影響。其次從電磁散射理論和輻射傳輸理論分別研究了分形表面散射特性。亥姆霍茲方程入手，由數理方程中的格林公式得到介質分界面散射場的積分方程，並對該積分方程進行數值分析，得到了目標材料表面介質分界面上電磁場及其導數的嚴格積分結果。從而根據格林函式的數值積分，對一維分形函式隨機表面電磁散射場進行數值計算。同時，推導出基於基爾霍夫近似理論的二維分形粗糙面散射場，在HH極化條件下，導出了二維分形面的平均散射係數和平均強度係數。利用輻射傳輸理論雙向反射分布函式（BRDF），在COMSOL Multiphysics 環境中，研究了不同分形維數、光源波長，入射天頂角等因素對分形表面空間散射特性的影響。再次考慮到電磁場本身具有時變性質，因此對電磁散射波的時間特性也進行了研究。重點對一維分形表面散射波信號進行混沌特性分析，對散射波時間序列數據進行相空間重構，確定出時間延遲 和嵌入維數 ，計算相空間的混沌不變數，關聯維數和最大Lyapunov指數，隨著光源空間位置變動，得出分形表面散射波具有時空混沌特性。最後利用自行研製的散射特性測量系統，對黑鎳、碳纖維、碳化矽和石英玻璃四種目標材料的表面散射BRDF值進行了實際測量，光源入射角度變化對BRDF的影響進行了分析，並與仿真結果進行了對比。基於混沌分形理論的散射特性深入研究，對空間目標探測和識別、目標圖像解譯和反演、運動物體位置和速度檢測都具有重要的理論價值和現實意義。
