摘要：

分形理论是研究不规则不可微的几何体的有力工具,从诞生起就广受关注.分形结构可以通过对简单结构的复制,缩放和迭代得到.由于可以很好的对自然中的物体进行描述,分形理论被广泛地应用于对山峰,植被,海平面物体的模拟.对粗糙表面的模拟也是分形理论的应用之一. 双向反射分布函数(Bidirectional Reflectance Distribution Function)是目标与环境光学特性研究中,用描述材料表面空间散射分布特性和光谱特性的物理量.BRDF在遥感,探测,隐身技术和图像处理中有十分广泛的应用.因此,对于BRDF的研究是具有实际意义的.BRDF的分布受材料表面粗糙度,光源入射角度,光源波长偏振等多种因素的影响.光源位置的变动,对BRDF值的影响非常大,也为电磁散射带来了新的性质. 本文首先利用以分形理论为基础的2维带限WM(Weierstrass–Mandelbrot)模型对粗糙表面进行了模拟,并与传统模型进行了比较.在COMSOLMultiphysics环境中,对分形表面的散射特性进行了理论分析,研究了分形维,光源波长,入射天顶角和偏振等因素对BRDF空间分布的影响.由于电磁场本身具有时变的性质,因此对于电磁散射的时间特性也进行了仿真.重点对光源空间位置变动过程中,散射电场受到的影响进行了讨论,在对散射电场的时间序列的混沌分析中,得到了数值为正的最大Lyapunov指数.最后,在我校自行研制的BRDF测量系统中,对黑镍,碳纤维,碳化硅和石英玻璃四种材料的表面散射BRDF值进行了实际测量,对于光源入射角度变化对BRDF的影响进行了分析,并与仿真结果进行了对比.

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