时变海面雷达目标散射现象学模型 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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许小剑，李晓飞，刁桂杰，姜丹 著

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• 海面雷达
• 目标散射
• 散射现象学
• 时变海面
• 雷达目标
• 海洋遥感
• 电磁散射
• 海气相互作用
• 雷达信号处理
• 海洋环境

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118084658

版次：1

商品编码：11219116

包装：平装

开本：16开

出版时间：2013-01-01

页数：398

正文语种：中文

编辑推荐

　　“时变海面雷达目标散射现象学模型”这一选题正是应对上述技术挑战而提出来的。许小剑等编著的《时变海面雷达目标散射现象学模型》试图基于最基本的物理现象和简化的数学模型，从时变海面电磁散射基本理论、海面后向散射调制特性及其统计模型、海面目标的电磁散射建模与散射机理分析以及海面与目标的高分辨率成像特性建模等4个方面，对时变海面雷达目标散射现象进行建模、仿真和分析。全书共分为12章，按照以上思路大致分成4个模块，分别介绍如下：模块1：时变海面电磁散射基本理论和方法，模块2：时变海面的后向散射调制特性及其统计模型，模块3：时变海面目标的雷达散射建模、仿真与散射机理分析，模块4：时变海面与目标的高分辨率成像特性建模、散射现象分析及其在目标探测识别中的应用。

内容简介

　　《时变海面雷达目标散射现象学模型》汇集了作者近年来在时变海面舰船目标宽带雷达散射特性建模领域基础理论与仿真应用的研究成果。
　　《时变海面雷达目标散射现象学模型》利用4大部分、12章的篇幅对时变海面舰船目标雷达散射现象及其建模与仿真做了较全面的论述。其中，第1部分由第1～3章组成，介绍时变海面电磁散射建模的基本理论和方法，分别对海谱模型、时变粗糙海而生成方法和粗糙海面的电磁散射计算技术进行了讨论。第2部分由第4～7章构成，主要研究时变海面的后向散射调制特性及其统计模型．讨论了时变海面的多普勒谱特性、后向散射信号调制机理、海杂波统计模型、以及空一时相关海杂波的统计建模与仿真技术。第8～9两章构成本书的第3部分，讨论时变海面舰船目标的雷达散射建模、仿真与散射机理分析，重点研究了海面舰船目标的水动力运动特性模型和多径散射模型。第4部分由第10～12章构成，阐述时变海面与目标的高分辨率雷达成像特性建模、散射现象分析及其在目标探测识别中的应用，包括海面目标的一维高分辨率距离像、二维合成孔径雷达（SAR）和逆合成孔径雷达（ISAR）成像以及宽带单脉冲三维成像等。
　　《时变海面雷达目标散射现象学模型》可供海洋遥感、空间对地高分辨率观测、雷达现象学、目标与环境特性技术、雷达和武器系统仿真等技术领域的研究人员和工程技术人员参考，也可作为相关高校教师和研究生的教学与研究参考书。

作者简介

　　许小剑，1963年生，江西万安人。1983年获合肥工业大学工学学士学位。1986年获航天部二院工学硕士学位，1994年英国帝国理工高级访问学者，2002年获美国内布拉斯加大学博士学位。1986年起在航天二院207所从事科研和管理工作。先后任研究员、室主任、副所长和所长；1999年至2002年在美国内布拉斯加大学环境遥感实验室研修并获博士学位；2003年到北京航空航天大学电子信息工程学院任职。现为信号与信息处理学科责任教授。主要研究领域包括遥感特征建模、分析与处理、雷达成像与目标识别、智能化信息处理等。获国家科技进步二等奖1项、部级科技进步一等奖2项、二等奖4项，1995年获国务院政府特殊津贴，1998年被评为航天总公司有突出贡献专家。发表学术论文200余篇，其中SCI和EI检索论文约150篇，合作出版专著与教材4部。李晓飞，1983年生。河南南阳人。2005年7月获北京航空航天大学工学学士学位，2011年1月获北京航空航天大学工学博士学位，现就职于航天科工集团第二研究院。主要研究方向包括海面电磁散射特性计算、海杂波建模、雷达目标特征提取与识别等。发表SCl、EI检索论文多篇。刁桂杰，1982年生，河北沧州人。2005年和2008年分别获燕山大学电子信息工程专业工学学士学位和信号与信息处理专业工学硕士学位。现就读于北京航空航天大学，攻读信号与信息处理专业博士学位，主要研究方向为SAR回波信号建模、高分辨率雷达成像等。姜丹，1981年生，河北保定人。2004年获河北工业大学信息工程学院电子信息工程专业工学学士学位，2007年获天津大学电子信息工程学院信号与信息处理专业硕士学位，2011年1月获北京航空航天大学电子信息工程学院信号与信息处理专业博士学位。现为国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心审查员。主要研究领域包括雷达信号处理、电磁散射建模等，在国内外发表学术论文8篇。

目录

第1章 海谱模型
第2章 时变粗糙海面生成方法
第3章 粗糙海面的电磁散射计算
第4章 时变海面后向散射多普勒谱特性
第5章 时变海面后向散射信号调制机理
第6章 海杂波统计模型
第7章 空-时相关海杂波统计建模与仿真技术
第8章 时变海面船目标运动特性模型
第9章 时变海面运动目标多径散射模型
第10章 基于目标复HRRP的统计建模与探测识别方法
第11章 海面运动舰船目标的SAR成像模型
第12章 海面目标宽带单脉冲三维成像模型
参考文献

前言/序言

时变海面雷达目标散射现象学模型 一、引言：深海测量的挑战与雷达技术的关键作用 海洋，覆盖地球表面的绝大部分，是人类探索未知、获取资源、保障航运安全以及理解气候变化的重要领域。然而，浩瀚的海洋也以其自身特有的复杂性和动态性，为各类观测和测量任务带来了巨大的挑战。在水面以下，我们面临着光线衰减、海水浑浊、通信受限等问题；而在海面及海面之上，虽然可视性相对较好，但海面的实时、精确、全天候观测仍然是科学研究和工程应用中的一个关键瓶颈。 传统的海洋观测手段，如卫星遥感（受云层影响）、光学相机（受天气和光照限制）、声纳（穿透力有限，对海面目标检测能力弱）等，在某些场景下具有不可替代的作用，但它们往往在覆盖范围、分辨率、实时性、穿透能力或全天候工作能力上存在不足。尤其是在需要对海面及其上方一定区域进行持续、大范围、高精度的监测时，这些方法的局限性愈发明显。 正是在这样的背景下，雷达技术以其独特的优势，逐渐成为海洋探测和监测领域不可或缺的利器。雷达系统能够主动发射电磁波并接收目标反射的回波，从而实现对目标的探测、定位、识别和跟踪。其优势在于： 全天候工作能力： 雷达不受光照和大部分天气条件的影响，可以在白天、夜晚、阴雨、大雾等恶劣天气下稳定工作。 穿透性： 部分频段的雷达波能够穿透某些非导电性介质（如薄雾、雨滴），从而实现更广阔的探测范围。 高分辨率和远距离探测： 随着技术的进步，雷达系统能够提供极高的分辨率，精确识别目标细节，并实现对远距离目标的探测。 实时性： 雷达可以快速扫描并更新目标信息，实现对动态目标的实时跟踪。 在海洋环境中，雷达的应用范围极为广泛，包括但不限于： 海上交通监控： 船舶自动识别系统（AIS）的补充，对未配备AIS的船只或非合作目标的探测。 搜救行动： 在恶劣天气和夜间条件下，快速定位失事船舶或落水人员。 海洋环境监测： 识别和跟踪海面上的油污、漂浮物，监测海冰漂移，探测海啸引发的异常海浪。 海洋科学研究： 研究海浪、海流对雷达回波的影响，探测和分析海上目标（如飞机、导弹、无人机）的运动特性。 军事应用： 海上态势感知，反潜侦察，反舰导弹防御等。 然而，将雷达技术应用于复杂多变的海洋环境，并实现对海面及其上方目标的精确测量，并非易事。其中最核心的挑战之一，便是准确理解和建模“时变海面目标散射现象”。海面本身就是一个极其动态的媒质，其形态、起伏、波浪等都在不断变化，这些变化直接影响着雷达波的传播和目标的散射特性。同时，海面上的目标，例如舰船、飞行器，其自身的运动以及相对于海面的姿态也在不断变化，这些都使得目标的雷达散射截面（RCS）呈现出复杂的时变性。 因此，建立能够精确描述和预测这种时变散射现象的“现象学模型”，对于提升海洋雷达系统的探测能力、识别精度以及整体性能至关重要。本书《时变海面雷达目标散射现象学模型》正是聚焦于这一核心问题，旨在为雷达系统设计者、信号处理工程师、海洋科学家以及军事应用研究人员提供一套系统、深入的理论框架和实践指导。 二、核心问题：海面与目标耦合的时变散射动力学 理解海面雷达目标散射现象学模型，首先需要深入剖析其核心——海面与目标的耦合以及由此产生的时变散射动力学。这涉及到两个相互作用的复杂系统： 1. 动态海面： 海面并非一个平坦光滑的界面，而是充满了起伏不定的波浪。这些波浪的形态、幅度、频率、传播方向等都处于持续变化之中。海浪的粗糙度、倾斜度以及其随时间的变化，直接影响着照射到海面上的雷达波的传播路径、反射和散射特性。例如： 海浪的反射和透射： 海浪的存在会引起雷达信号的随机相位偏移、幅度衰减和方向性变化，这被称为“海杂波”（Sea Clutter）。海杂波是海洋雷达中的主要干扰源之一，其强度和统计特性与海况密切相关。 海浪对目标的影响： 海浪还会影响海面上的目标，例如，波浪的颠簸会引起舰船的纵摇、横摇、俯仰和横倾，导致目标相对于雷达的姿态发生变化，进而影响其雷达散射。 多径效应： 海面作为反射面，会产生雷达信号的多径传播，即雷达信号除了直接传播到目标外，还会经过海面的反射后再到达目标，或者从目标反射后经过海面反射再到达雷达。这种多径效应会引入额外的相位和幅度变化，对目标回波的测量产生干扰。 2. 时变目标： 海面上的目标（如舰船、低空飞行器、海上平台等）本身也并非静止不动。 目标自身的运动： 舰船的航行、飞机/无人机的飞行，都会带来目标位置、速度、加速度等参数的时变。 目标姿态的改变： 舰船在波浪中的摇摆，飞机的俯仰、滚转、偏航，都会导致目标相对于雷达的观测角度不断变化。 目标内部的机械运动： 现代舰船上的雷达天线、炮塔等可动部件，其运动也会对整体雷达散射产生影响。 目标与海面的相对位置变化： 目标在海浪上的起伏，意味着其与雷达的距离也随之发生周期性变化，这会影响到回波的的多普勒频移和幅度。 时变海面雷达目标散射现象学模型的核心任务，正是要定量地描述和预测在海浪动态变化以及目标自身运动和姿态变化耦合作用下，目标雷达散射截面（RCS）随时间变化的规律。这涉及到： 海浪模型： 如何精确描述海面的几何形状和运动，包括海浪谱（描述海浪能量在不同频率和方向上的分布）、波浪理论（如线性波理论、非线性波理论）、海浪模拟等。 目标几何模型： 如何建立目标精确的三维几何模型，以及如何描述其在运动中的姿态变化。 散射理论： 如何基于海面和目标的几何形状以及电磁波的特性，计算出雷达回波的强度和相位。这包括了物理光学法、几何衍射理论、一致性时域扩散方法等。 耦合效应： 如何将海面的动态性与目标的运动和姿态变化耦合起来，以获得目标的“时变RCS”。例如，海浪引起的舰船姿态变化如何影响其特定角度的RCS；多径效应如何叠加在直接回波之上，改变整体回波特征。 三、现象学模型的构建思路与技术要点 “现象学模型”强调的是基于观测和实验数据，通过归纳和总结，建立能够反映客观规律的数学模型，而不需要深入探究其底层的物理机制（当然，模型的设计会参考物理原理）。在时变海面雷达目标散射领域，构建现象学模型通常会遵循以下思路和包含以下关键技术点： 1. 数据驱动与模型参数化： 大量实测数据： 收集在不同海况、不同目标状态下的雷达回波数据，这是模型建立的基础。这些数据可以是实际的雷达探测数据，也可以是通过高精度模拟得到的仿真数据。 特征提取： 从原始回波数据中提取关键的散射特征，例如平均RCS、RCS的起伏特性、RCS的时频分布、目标的方位角和俯仰角变化规律等。 模型参数化： 将这些提取的特征与影响散射现象的各种因素（如海浪参数、目标运动参数、雷达参数等）关联起来，建立参数化的数学模型。例如，RCS的平均值可能与海浪高度的平方成正比，RCS的起伏速度可能与海浪的周期相关。 2. 海浪影响的数学描述： 海浪谱模型： 采用成熟的海浪谱模型（如Pierson-Moskowitz谱、JONSWAP谱）来描述海面的统计特性，并推导出海浪的几何形变（波高、坡度）随时间的演化。 表面相关函数： 建立描述海面局部坡度和曲率分布的函数，这些是计算海浪对雷达波散射影响的关键。 多径效应模型： 建立模型来描述海面反射系数以及多径信号的相位和幅度叠加效应。 3. 目标姿态与运动的时变建模： 运动学模型： 建立目标运动的数学模型，包括位置、速度、加速度的方程。 姿态动力学模型： 结合海浪模型的输入，模拟目标在波浪中的摇摆、俯仰、横倾等姿态变化。可以采用基于刚体动力学或更复杂的流体动力学方法。 角度变化跟踪： 实时跟踪目标相对于雷达的观测角度，这是计算RCS随角度变化的关键。 4. RCS预测与仿真： 基于几何方法的RCS计算： 对于较大的目标（相对于雷达波长），可以采用基于几何的近似方法（如物理光学法、几何衍射理论）来计算目标在特定姿态下的RCS。 统一理论（UIT）或时域扩散方法（TDS）： 对于更复杂的散射，可能需要更先进的散射理论。 时域仿真： 将海浪的动态形变、目标姿态和位置的变化、以及RCS计算模型相结合，进行目标RCS的时域仿真。模拟过程中，雷达波的照射角度、目标与雷达的距离、以及目标各个散射点的电磁响应都会随时间变化。 海杂波模型整合： 将目标回波模型与海杂波模型相结合，以获得更贴近实际的雷达信号模型。 5. 模型的验证与优化： 与实测数据比对： 将模型预测的RCS曲线、回波统计特性等与实际观测数据进行比对，评估模型的准确性。 参数调整与优化： 根据比对结果，调整模型参数，优化模型结构，以提高其预测能力。 鲁棒性分析： 分析模型在不同海况、不同目标类型下的适用性和鲁棒性。 四、模型应用价值与发展方向 《时变海面雷达目标散射现象学模型》的建立，将为众多海洋雷达应用领域带来显著的价值提升： 提高雷达探测性能： 精确预测目标RCS的时变特性，有助于优化雷达的信号处理算法，如目标检测、恒虚警率（CFAR）保持、跟踪滤波器设计等，从而提高探测概率，降低漏警率。 增强目标识别能力： 不同的目标在海面动态环境下的散射特性存在差异。通过分析时变RCS的特征，可以区分不同类型的海上目标，提升雷达的目标识别和分类能力。 优化雷达系统设计： 模型的仿真结果可以为雷达系统的参数选择（如工作频率、脉冲重复频率、天线波束宽度等）提供依据，以适应不同的海洋环境和任务需求。 提升电子对抗能力： 深刻理解目标散射特性，有助于设计更有效的诱饵和欺骗措施，或对抗敌方的雷达探测。 服务海洋科学研究： 对海面动力学及其对雷达散射的影响进行精确建模，有助于反过来利用雷达数据反演海况信息，推动海洋动力学、波浪预报等领域的研究。 展望未来，时变海面雷达目标散射现象学模型的研究将继续朝着以下方向发展： 更精细化的海浪与目标耦合模型： 考虑更复杂的非线性海浪效应、不同海况下的粘性影响，以及目标与海面之间的流体力学相互作用。 融合多源信息： 将其他传感器信息（如光学、红外、声纳、AIS）与雷达数据融合，建立更全面的目标探测与识别模型。 机器学习与深度学习的应用： 利用大量的实测数据和仿真数据，通过机器学习和深度学习方法，构建端到端的、能够直接从原始雷达回波预测目标状态和特性的模型，进一步提升模型的自适应性和泛化能力。 海面粗糙度与介电常数变化的影响： 深入研究海面盐度、温度、泡沫等因素对雷达波散射特性的影响，以及这些因素随时间的变化。 复杂目标（如编队、集群）的散射建模： 随着无人机、无人船等集群应用的发展，对复杂目标整体或局部散射特性的建模将变得越来越重要。 五、结论 《时变海面雷达目标散射现象学模型》并非仅仅是理论的堆砌，而是致力于将复杂的海洋环境与动态目标的行为，用严谨的数学语言进行刻画，从而为实际的雷达系统应用提供坚实的理论基础和有效的技术支撑。本书的出版，将为从事海洋雷达技术研究、开发和应用的专业人士提供一本重要的参考资料，推动我国在海洋探测、监测和态势感知能力上的持续进步。深入理解并掌握时变海面雷达目标散射现象学模型，意味着我们能够更好地“聆听”海洋，更精准地“洞察”海面上的风云变幻和活动目标，从而在广阔的蓝色疆域中，实现更安全、更高效的探索与管理。

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这本书的标题《时变海面雷达目标散射现象学模型》让我充满了好奇。作为一名业余爱好者，我对雷达技术一直抱有浓厚的兴趣，尤其是在海洋环境下的应用。我总觉得，海面的复杂性和动态性，使得雷达回波的分析变得异常迷人。想象一下，海浪起伏，风力变化，甚至潮汐的影响，这一切都在改变着雷达信号的散射特性。这本书的名字恰恰点出了这一点——“时变”，意味着它不仅仅是描述一个静态的场景，而是要捕捉雷达信号在时间维度上的演变。而“现象学模型”，则暗示着它可能更侧重于从观测到的现象出发，建立起能够描述这些现象的模型，而不是深入到微观的物理机制。这对我来说是个好消息，因为我可能没有深厚的物理学背景，但对如何理解和解释雷达回波的实际表现充满热情。我期待这本书能为我揭示海面雷达散射的奥秘，让我能更好地理解那些在海面上闪烁、跳跃的雷达信号背后隐藏的规律，或许还能从中找到一些关于船舶、海况监测的新视角。

评分☆☆☆☆☆

《时变海面雷达目标散射现象学模型》这个书名让我想到了很多实际应用中的问题。在我看来，雷达技术在海洋监测、船舶导航、甚至是海上搜救等方面都有着不可替代的作用。而海面环境的复杂性，尤其是其动态变化，一直是制约这些应用精度的关键因素。这本书的标题“时变”表明它关注的是雷达信号随时间的变化规律，这对于理解和处理海面回波至关重要。而“现象学模型”则暗示了它可能更侧重于从实际观测出发，建立描述性的模型，而不是深入到复杂的物理学推导。我非常希望这本书能够解答我的一些困惑，比如在不同天气条件和海况下，海面雷达回波的统计特性是如何变化的？如何建立一个有效的模型来预测这些变化？这些模型又如何在实际的雷达系统中得到应用，以提高目标的检测概率和降低误警率？我期待这本书能够为我提供一些切实可行的方法和工具，帮助我更好地理解和应用海面雷达技术。

评分☆☆☆☆☆

读完《时变海面雷达目标散射现象学模型》的标题，我脑海中立刻浮现出各种关于海面雷达探测的画面。作为一名有多年雷达系统研发经验的工程师，我深知海面目标探测的挑战性，尤其是当目标位于海面附近时，海面本身的散射会产生大量的杂波，严重影响目标的检测和识别。这本书的标题直接切入了问题的核心——“时变”和“现象学模型”。“时变”意味着它关注的是海面环境和目标回波在时间上的动态变化，这对于设计能够适应复杂海况的雷达系统至关重要。“现象学模型”则暗示了这本书可能基于实际观测数据，提炼出能够描述散射特性的规律，而不是完全依赖于第一性原理的推导。我非常期待书中能够提供关于不同海况（如平静海面、波浪起伏、风暴等）下雷达散射特性的描述，以及如何通过建立模型来模拟这些变化。如果书中还能讨论如何利用时变特性来改善目标跟踪和识别的性能，那将是对我工作非常有益的内容。

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看到《时变海面雷达目标散射现象学模型》这个书名，我的兴趣立刻被点燃了。作为一名对物理学和工程学都有所涉猎的研究者，我一直对雷达技术在复杂环境下的应用情有独钟。海面，这样一个充满变数的介质，它的雷达散射特性必然是极其复杂的，而且会随着时间不断变化，比如海浪的涌动、舰船的运动等。这本书的标题“时变”和“现象学模型”正击中了我的研究兴趣点。我好奇这本书是否会从统计学的角度来描述海面散射的随机性和非线性，又或者会探讨一些基于机器学习或人工智能的方法来构建动态模型。如果书中能够提供一些关于如何量化海面散射的“时变”特性，以及如何利用这些模型来提高雷达在海面目标探测、跟踪、甚至分类方面的精度，那将是非常有价值的。我期待这本书能够为我提供新的研究思路和理论框架，从而推动我自己在相关领域的研究。

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我最近在研究雷达系统在海洋环境中的应用，尤其对海面杂波的抑制和目标探测感兴趣。我听说《时变海面雷达目标散射现象学模型》这本书在这方面有深入的探讨，所以特地找来拜读。标题中的“时变”二字立刻吸引了我，因为海面的情况实在是瞬息万变，模型如果不考虑时间的动态性，将很难准确地描述实际情况。而“现象学模型”则让我感到这本书可能不会过分纠缠于复杂的电磁理论细节，而是更侧重于如何通过实测数据和经验关系来构建模型，这对于实际工程应用来说是非常有价值的。我尤其关心这本书是否会提供一些关于如何区分海面杂波和真实目标的方法，以及在不同海况下，目标散射特性的变化规律。如果书中能给出一些具体的案例分析，或者一些便于实现的计算方法，那就太好了。我希望这本书能帮助我更系统地理解海面雷达散射的复杂性，并为我解决实际工程问题提供理论指导和技术参考，尤其是在提升雷达系统的鲁棒性和探测性能方面。