典型地面环境雷达散射特性与电磁成像 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张民，魏鹏博，江旺强，王超 著

图书标签:

• 地面雷达
• 散射特性
• 电磁成像
• GPR
• 雷达遥感
• 电磁波传播
• 地质勘探
• 目标识别
• 反演算法
• 微波遥感

出版社： 西安电子科技大学出版社

ISBN：9787560639420

版次：1

商品编码：11976852

包装：平装

丛书名： 西电学术文库

开本：16开

出版时间：2016-05-01

用纸：胶版纸

页数：280

字数：371000

正文语种：中文

内容简介

　　《典型地面环境雷达散射特性与电磁成像》比较系统和完整地阐述了从典型地面环境的几何建模、雷达散射特性到电磁成像仿真的过程中所涉及的相关理论与方法。全书内容主要包括沥青、水泥、裸土、草地和沙地五种典型地面环境的几何建模方法、典型地面环境电磁散射的基本模型和相关快速算法、典型地面场景电磁散射的分布特性研究、典型地面场景电磁散射分布的统计方法模拟、典型地面场景的电磁成像模拟以及较为系统的典型地面电磁散射结果汇总等。《典型地面环境雷达散射特性与电磁成像》力求从典型地面环境雷达散射模型出发，通过统计方法，获得快速模拟地面环境的雷达回波（杂波）的预估模型，应用于地面环境的电磁成像仿真中，并将地面目标雷达散射特性和电磁成像仿真中的新模型及算法介绍给读者，使读者能够掌握地面环境雷达目标特性和电磁成像的本质，灵活解决实际工程问题。《典型地面环境雷达散射特性与电磁成像》可作为从事雷达设计与评估、地面微波遥感、雷达目标与环境特性、电磁成像算法与图像理解等相关研究的科研人员的参考书，也可作为高等学校相关专业的研究生教材。

作者简介

　　张民，山东莱州人，理学博士。西安电子科技大学教授，博士生导师。长期从事典型地海环境和复杂目标的雷达散射特性与电磁成像技术研究，获得省部级以上科研成果奖励4项，《中国科学》等国内外学术期刊发表论文100余篇，SCI检索论文70余篇，主编《海面目标雷达散射特性与电磁成像》、《典型地面环境雷达散射特性与电磁成像》等专著。

目录

绪论
第1章 典型地面环境的几何建模
1．1 随机粗糙面特性描述
1．1．1 高度概率分布
1．1．2 粗糙面相关性描述
1．2 单一尺度地面的几何建模
1．2．1 沥青粗糙面
1．2．2 水泥粗糙面
1．2．3 裸土粗糙面
1．3 草地地面的几何建模
1．4 双尺度地面的几何建模——沙地
1．5 本章小结
参考文献

第2章 典型地面环境的电磁散射模型
2．1 微扰法
2．2 积分方程方法
2．3 小斜率近似方法
2．3．1 锥形波
2．3．2 小斜率近似方法理论
2．3．3 小斜率近似方法算例及检验
2．4 植被电磁散射的矢量辐射传输理论
2．4．1 矢量辐射传输方程
2．4．2 矢量辐射传输方程的迭代解
2．4．3 农作物电磁散射算例
2．5 植被电磁散射的蒙特卡罗数值模拟方法
2．5．1 电磁散射模型
2．5．2 蒙特卡罗模拟及数值结果
2．6 植被电磁散射的CUDA加速算法
2．6．1 矢量辐射传输理论CUDA并行方法
2．6．2 蒙特卡罗四路径方法CUDA并行方法
2．7 本章小结
参考文献

第3章 典型地面环境场景电磁散射统计特征
3．1 统计意义下的概率分布模型
3．1．1 标准模型——相干斑杂波理论
3．1．2 经验分布模型
3．2 统计分布中的参数估计
3．2．1 矩估计
3．2．2 最大似然估计
3．2．3 一些特殊分布的参数估计
3．3 统计分布的检验
3．3．1 拟合检验法
3．3．2 K-S拟合检验法
3．4 典型地面单元散射的统计特征
3．4．1 沥青地面统计结果
3．4．2 水泥地面统计结果
3．4．3 裸土地面统计结果
3．4．4 草地地面统计结果
3．4．5 沙地地面统计结果
3．5 本章小结
参考文献

第4章 典型地面环境电磁散射的场景分布模拟
4．1 二维相关杂波模拟及特殊随机数生成
4．2 典型地面场景电磁散射分布模拟
4．2．1 沥青地面
4．2．2 水泥地面
4．2．3 裸土地面
4．2．4 草地地面
4．2．5 沙地地面
4．3 本章小结
参考文献

第5章 基于模型的典型地面环境的电磁成像模拟
5．1 典型地面环境SAR成像的RD算法
5．1．1 合成孔径雷达基本原理
5．1．2 地面场景的条带SAR距离多普勒（RD）算法
5．2 典型地面环境SAR图像仿真与分析
5．2．1 载频为8 GHz时单一场景SAR成像结果
5．2．2 载频为17 GHz时单一场景SAR成像结果
5．2．3 载频为17 GHz时组合场景SAR成像结果
5．3 本章小结
参考文献

附录A 典型地面不同参数情形下电磁散射结果
A．1 不同电磁波频率结果比较
A．2 不同地面参数结果比较

附录B 典型地面场景散射单元散射场值结果统计
B．1 沥青地面
B．2 水泥地面
B．3 裸土地面
B．4 草地地面
B．5 沙地地面

前言/序言

典型地面环境雷达散射特性与电磁成像 一、 引言 雷达技术作为一种先进的探测和成像手段，在军事、民用、科学研究等众多领域发挥着举足轻重的作用。其核心在于对目标物体的电磁波散射特性进行分析，并最终实现对目标的识别、分类和成像。然而，雷达系统的工作环境并非真空，而是复杂的地球表面。地面环境，特别是其多样的地形地貌、植被覆盖、土壤类型以及人工构筑物等，对雷达波的传播和散射会产生显著的影响，形成所谓的“地杂波”。理解和掌握典型地面环境下的雷达散射特性，是提升雷达系统性能、优化成像算法、实现精确目标探测和高质量成像的关键。 本书正是聚焦于这一核心问题，深入探讨典型地面环境的电磁散射机制，并在此基础上，阐述如何利用这些散射特性进行有效的电磁成像。我们将从基础的电磁散射理论出发，逐步深入到复杂地物散射模型，再到面向实际应用的电磁成像技术。本书旨在为雷达工程师、遥感科学家、图像处理专家以及相关领域的学生提供一个全面、深入的理论框架和实践指导，以期能够更好地应对地面复杂环境带来的挑战，充分发挥雷达技术的潜力。 二、 典型地面环境的散射特性 地面环境的复杂性体现在其组成的多样性和空间分布的不规则性。为了系统地分析其散射特性，我们将从以下几个关键方面展开： 1. 地形地貌的散射效应： 起伏地形： 山脉、丘陵、沟壑等不规则起伏的地形会引起雷达信号的多径传播和衍射，导致散射强度和方向的变化。例如，坡面的朝向与雷达波入射角的关系会直接影响后向散射系数（RCS）的大小。斜坡可能会将雷达波反射到非预期的方向，产生“阴影区”或“亮区”。 平坦地形： 尽管平坦地形看似简单，但其与雷达波的相互作用依然复杂。土壤表面的微观起伏、颗粒度以及含水量都会影响其介电常数，进而影响散射特性。尤其是在低角度入射时，表面散射和镜面反射是主要成分。 海岸线与水体： 海岸线区域是陆地和水体的交界，其散射特性既包含陆地地物的特征，也受到水体表面光滑度（受风浪影响）和介电常数的影响。水体本身对雷达波的吸收和反射特性与陆地差异显著，需要单独分析。 2. 植被覆盖的散射机理： 稀疏植被： 树木、灌木等稀疏植被的散射，其主要贡献来自于树干、树枝和树叶。这些构成体可以被视为散射中心，其RCS取决于其尺寸、形状、取向以及植被的密度和高度。微波的穿透性允许雷达信号与地表之间存在一定的相互作用，但植被本身也会产生一定的散射。 茂密植被： 茂密森林或农作物覆盖的区域，雷达信号的散射会变得更加复杂。植被冠层可以被视为一个散射体集合，雷达波在其中会经历多次散射、穿透和衰减。不同频率的雷达波穿透能力不同，对植被的穿透深度也不同，这直接影响了我们探测地表的能力。例如，L波段雷达可能能够穿透一定的植被层探测下方的地表，而X波段雷达则可能主要散射于植被冠层。 植被类型与生长周期： 不同类型的植被（如针叶林、阔叶林、农田）其结构和介电特性不同，导致散射特性的差异。同时，植被的生长周期（如发芽、生长、成熟、枯黄）会改变其水分含量和结构，从而影响其雷达散射特性。 3. 土壤与地表材料的散射贡献： 土壤类型： 沙土、粘土、壤土等不同类型的土壤，其物理参数（如颗粒大小、密度、孔隙度）和化学成分（如矿物质含量、有机质）不同，导致其介电常数差异显著，从而影响雷达波的反射和穿透。 土壤水分： 土壤含水量是影响其介电常数和散射特性的最重要因素之一。水分的增加会显著提高土壤的介电常数，增加对雷达波的反射，并可能降低其穿透能力。因此，土壤湿度是影响地表雷达回波的关键因素。 地表粗糙度： 土壤表面的粗糙度（相对于雷达波长而言）决定了其散射模式。平滑表面倾向于产生镜面反射，而粗糙表面则产生更多的朗伯体散射。 人工构筑物： 建筑物、道路、围栏等人工构筑物通常具有规则的几何形状和较高的介电常数，会产生强烈的散射回波，并可能导致多径效应和杂波。这些构筑物对雷达成像的贡献至关重要，但也可能是干扰源。 4. 大气与环境因素的影响： 降雨与雪： 雨滴、雪花等大气中的水凝物会对雷达信号产生衰减和散射，影响地表回波的质量。在某些情况下，雨层本身也会产生可探测的回波。 雾与云： 雾和云中的水滴对微波的衰减作用相对较弱，但对毫米波会有一定影响。 温度与湿度： 环境温度和空气湿度也会影响雷达信号的传播速度和衰减。 三、 典型地面环境的雷达散射模型 基于对上述散射特性的分析，我们需要建立相应的散射模型来量化其贡献。这些模型可以分为： 物理光学模型（Physical Optics, PO）： 适用于描述大尺寸、光滑表面的散射，基于惠更斯-菲涅尔原理。 几何绕射理论（Geometrical Theory of Diffraction, GTD）与统一绕射理论（Uniform Theory of Diffraction, UTD）： 适用于描述边缘、尖角等处的绕射现象，是分析复杂形状物体散射的重要理论。 微扰法（Perturbation Method）： 适用于描述表面粗糙度小于雷达波长的情况，将散射视为光滑表面的微小扰动。 积分方程法（Integral Equation Methods, IEM）： 能够更精确地描述表面粗糙度和介电特性对散射的影响，计算量较大。 电磁散射的半经验模型： 结合理论和实验数据，对特定地物（如植被、土壤）的散射特性进行建模。例如，植被的“水滴模型”或“分形模型”。 本书将详细介绍这些经典模型及其在地面环境散射分析中的应用，并讨论不同模型在不同场景下的适用性和局限性。 四、 电磁成像原理与技术 掌握了典型地面环境的散射特性，我们便可以利用雷达数据进行有效的电磁成像。电磁成像的目标是将雷达接收到的回波信号转化为能够反映地物结构、形貌和特性的图像。 1. 雷达成像的基本原理： 合成孔径雷达（SAR）成像： SAR利用平台运动产生的多普勒频移来合成一个虚拟的大孔径，从而获得高分辨率的二维图像。其成像过程涉及到信号的聚焦和徙动校正（Range-Cell Migration Correction, RCMC）。 逆合成孔径雷达（ISAR）成像： ISAR通过目标在雷达波束内的相对转动来模拟SAR的运动，用于对运动目标进行成像。 地面雷达（GPR）成像： GPR主要用于探测地下结构，其成像原理依赖于地下不同介质的电磁波反射和散射。 2. 面向典型地面环境的成像算法： 杂波抑制技术： 地面环境的杂波会严重影响成像质量和目标探测。本书将介绍多种杂波抑制方法，包括： 空域滤波： 利用不同区域的散射特性差异进行滤波。 频率域滤波： 利用傅里叶变换等方法在频率域去除杂波。 自适应滤波： 基于杂波统计特性进行自适应估计和抑制。 多极化技术： 利用不同极化方式对地物和杂波的散射差异，实现杂波的有效抑制。 目标散射特性在成像中的体现： 地物纹理特征： SAR图像的灰度分布、局部方差等纹理特征能够反映地表的粗糙度和植被覆盖情况。 几何形状与轮廓： 建筑物、道路等人工构筑物的几何形状和轮廓在SAR图像中具有明确的体现。 后向散射强度： 回波强度的不同可以区分不同的地物类型。 多角度、多极化与多频率成像： 多角度成像： 通过不同入射角获取的图像，可以更全面地了解目标的三维结构和散射特性。 多极化成像： 不同极化方式（如HH, VV, HV, VH）对不同地物的敏感度不同，能够提供更丰富的地物信息，并有助于杂波分离和目标识别。 多频率成像： 不同频率的雷达波对地物的穿透能力和散射特性不同，融合多频率信息可以实现对地物更深入的探测和分析。 基于散射模型的成像与反演： 利用建立的散射模型，可以反演地物的物理参数，例如，反演土壤湿度、植被密度等。 3. 典型地面环境下的成像应用示例： 地形测绘与地貌分析： 利用SAR数据可以生成高精度数字高程模型（DEM），分析地形地貌特征。 植被监测与估算： 通过SAR数据可以监测植被的生长状况、类型以及生物量。 水体与湿地探测： SAR对水体具有良好的探测能力，可以用于水体边界的提取和湿地监测。 地表形变监测： 干涉SAR（InSAR）技术能够高精度地监测地表形变，如地震、滑坡、地面沉降等。 城市建筑与基础设施监测： SAR图像能够清晰地显示城市建筑的轮廓和分布，为城市规划和管理提供信息。 环境灾害监测： SAR在监测洪水、火灾、滑坡等环境灾害方面具有独特的优势。 五、 结论与展望 本书通过对典型地面环境雷达散射特性的深入剖析，并在此基础上系统阐述了相关的电磁成像原理与技术，旨在为读者提供一个全面而深入的知识体系。理解地面环境的复杂散射机制，并掌握相应的成像处理方法，是推动雷达技术在地球科学、环境监测、国土安全等领域应用的关键。 未来，随着雷达硬件技术的不断进步（如更高频率、更宽带宽、更灵活的波形设计）以及成像算法的持续优化（如机器学习、深度学习在SAR图像处理中的应用），雷达系统在复杂地面环境下的探测和成像能力将得到进一步提升。本书的知识体系将为这些未来的发展奠定坚实的基础。我们期待本书能激发更多研究者和工程师的兴趣，共同推动雷达技术在探索和理解我们所处的地球环境方面取得更大的突破。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计和装帧，乍一看就给人一种厚重感和专业性，尤其是在书架上摆放的时候，显得尤为突出。我之所以会被吸引，是因为我对那些能够“看穿”表象的技术充满了好奇。题目中的“典型地面环境”让我想到，不同于实验室里的理想化模型，这本书可能要面对的是真实世界中那些千变万化的场景，比如沙漠的沙丘、湿地的泥沼、甚至是有植被覆盖的土壤。这些不同的介质，它们的吸波特性、反射特性是否有什么规律可循？作者有没有尝试去建立一套能够描述这些复杂环境的散射模型？而“雷达散射特性”，这就像是解读雷达信号的“语言”，如果能够理解不同材质、不同形态的物体如何“说话”，那就能更好地分析雷达回波了。我很好奇，这本书是否会从麦克斯韦方程组出发，一步步推导出散射的理论公式，然后通过大量的实验数据来验证这些理论的准确性。再说到“电磁成像”，这部分对我来说更是充满神秘感。我一直觉得，能够将看不见的电磁波转化为我们能理解的图像，这本身就是一种技术上的飞跃。不知道书中会否介绍各种雷达成像技术，比如侧视雷达、多站雷达，以及它们在分辨地表细节、识别不同目标上的优势和局限性。我更希望看到一些关于如何提高成像质量、克服噪声干扰的讨论。

评分☆☆☆☆☆

当我看到这本书的标题时，第一个想法就是，这一定是一本能够深入解答“雷达如何在地面上‘看见’”问题的著作。我对“典型地面环境”的提法非常感兴趣，这表明作者并非只关注抽象的理论，而是将研究的重点放在了真实、多样化的地表场景。我很好奇，书中会如何定义和分类这些“典型”的地面环境？例如，它是否会区分农田、草地、森林、水体、裸露地表等不同类型的地物，并分析它们各自的散射特性？我期望能够了解到，不同地物表面的粗糙度、介电常数、含水量等物理参数，是如何影响雷达信号的散射强度和极化特性的。更让我感到兴奋的是“电磁成像”这个词汇，这暗示着这本书会进一步探讨如何将这些散射信息转化为可视化的图像。我非常想知道，书中会介绍哪些主流的电磁成像技术，比如SAR，以及它们是如何克服各种成像障碍，例如地形起伏、多普勒效应等，来实现高分辨率成像的。此外，我也对书中是否会讨论如何利用雷达成像技术来识别和分类地表目标，例如车辆、建筑物，或是进行地质勘探、环境监测等方面的内容有所期待。如果书中能提供一些不同成像模式（如全极化、干涉SAR）的比较和应用分析，那就更完善了。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题，一眼看上去就充满了浓厚的科研气息，这正是我这类喜欢深入探究事物背后原理的读者所追求的。我之所以对这本书产生浓厚兴趣，是因为它直接触及了“地面环境”这个极其贴近我们生活又充满复杂性的领域。我非常好奇，当雷达信号遇到像森林、沙漠、甚至是城市建筑这样的复杂地表时，会发生怎样的“故事”？作者是否会系统地分析不同类型地物的电磁散射机理，比如植被的叶片、树干，或是建筑物的墙体、屋顶，它们各自会产生怎样的雷达回波？我期待书中能够提供详细的理论推导，解释为什么某些地物会散射更强的信号，而另一些则会选择吸收。而“电磁成像”这个部分，更是让我对接下来的内容充满了遐想。我理解这应该是雷达技术的核心应用之一，我希望能了解，它是如何将抽象的电磁波信息转化为能够揭示地表细节的图像的。这本书是否会深入讲解合成孔径雷达（SAR）等成像技术的工作原理，以及如何通过算法来补偿由于目标运动、地形起伏等因素造成的图像畸变？我对于书中是否会包含一些关于如何利用雷达成像技术来识别不同类型的地物、进行地表变化监测，或是辅助地下结构探测的实例非常期待。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题听起来相当吸引人，充满了科学的严谨感。我本来对雷达技术和电磁波的互动原理一直很感兴趣，尤其是在实际应用层面。这本书的名字直接点出了“地面环境”和“散射特性”，这让我联想到，是不是能够深入了解雷达信号如何在复杂的自然地貌，比如山脉、森林、草地，甚至是城市建筑群中传播和反射。我特别好奇作者是否会详细分析不同地形地貌的电磁散射机制，比如粗糙度、介电常数等因素如何影响雷达回波的强度和形态。此外，“电磁成像”这个词汇更是让我充满了期待，我希望这本书能够解释雷达如何将这些散射信号转化为可视化的图像，就像给大地拍X光片一样，从而揭示地表下的结构和信息。比如，在军事侦察、灾害监测、考古勘探等领域，雷达成像的应用前景广阔，我想了解这本书是如何从基础的散射理论一步步推导出成像技术的。我也会关注书中是否会涉及先进的成像算法，例如合成孔径雷达（SAR）的成像原理，以及如何处理多普勒效应、地形畸变等问题。总的来说，这本书如果能提供扎实的理论基础和详尽的实际案例分析，那对我这样的技术爱好者来说，无疑是一份宝藏。

评分☆☆☆☆☆

我个人一直对那些能够突破视觉限制的技术领域非常着迷，而这本书的标题恰恰点出了这样一个令人兴奋的主题。当我在书店看到这本书时，立刻就被“典型地面环境”和“雷达散射特性”这两个关键词吸引住了。我设想，这本书可能会详细地讲解，在真实的、充满各种杂乱因素的地面环境下，电磁波是如何与物体相互作用的。我脑海里浮现出许多问题：比如，不同类型的土壤、岩石、植被，它们对雷达波的吸收和反射能力会有多大的差异？不同季节、不同湿度条件下的地面，其电磁散射特性是否会有显著的变化？作者是否会给出一些量化的参数，来描述这些变化？而“电磁成像”这个概念，更是让我觉得这本书的价值非凡。我一直很好奇，雷达是如何将这些复杂的散射信号“翻译”成我们可以直观理解的图像的。这本书是否会深入介绍合成孔径雷达（SAR）或地波雷达等成像技术的原理？它是否会讲解如何通过信号处理技术，去除环境噪声，提高图像的分辨率和清晰度？我很期待这本书能够提供一些关于雷达在探测地下管线、评估土壤含水量、甚至是在灾后搜救中发挥作用的实际案例。如果能有一部分内容专门讨论不同成像体制的优缺点以及适用场景，那就更好了。

评分☆☆☆☆☆

还没看，应该是比较专业的。但书太脏了，积压很久了。

评分☆☆☆☆☆

把你别人买的，很不错

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挺好的

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