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许小剑 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

店铺： 北京爱读者图书专营店

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118084658

商品编码：29772606403

包装：平装

出版时间：2013-01-01

基本信息

书名：时变海面雷达目标散射现象学模型

定价：188.00元

作者：许小剑

出版社：国防工业出版社

出版日期：2013-01-01

ISBN：9787118084658

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.822kg

编辑推荐

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内容提要

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　　《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，部分由～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0～12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。

目录

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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
0章 基于目标复HRRP的统计建模与探测识别方法
1章 海面运动舰船目标的SAR成像模型
2章 海面目标宽带单脉冲三维成像模型
参考文献

作者介绍

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　　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局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，在外发表学术论文8篇。

文摘

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序言

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时变海面雷达目标散射现象学模型 一、 引言 本书深入探讨了时变海面雷达目标散射现象学模型的构建与应用。在现代雷达系统中，精确的目标散射模型是信号处理、目标识别、跟踪以及战场仿真等关键环节的基础。然而，海面环境的复杂性，尤其是其固有的时变性，使得建立一套能够准确描述目标在海面环境下的雷达散射特性的模型变得尤为重要且充满挑战。传统的散射模型往往侧重于静态场景或简化假设，难以捕捉海面动态变化对雷达回波产生的深远影响。本书正是在此背景下，致力于发展一套综合考虑海面时变特性的现象学模型，以期提升雷达系统在复杂海面环境下的性能。 二、 海面散射的物理机制与挑战 海面雷达目标散射现象的本质是电磁波与目标体以及海面环境的相互作用。目标体本身具有一定的雷达散射截面（RCS），该截面与目标的形状、材料、极化以及入射电磁波的频率和角度等因素有关。然而，当目标置于海面之上或附近时，情况会变得更为复杂。海面本身并非一个简单的反射界面，它是一个由无数随机波浪组成的动态表面。这些波浪的起伏、运动以及海浪与目标之间的耦合效应，都会显著地改变电磁波的传播路径和散射特性。 1. 海浪的统计特性与动力学： 海浪是时变的，其高度、坡度、运动速度等都随时间和空间发生变化。海浪的统计特性通常用波浪谱来描述，例如Pierson-Moskowitz谱、JONSWAP谱等，这些谱描述了海浪能量在不同频率上的分布。而海浪的动力学则涉及海浪的传播、衰减、破碎等过程。这些动态变化直接影响着海面相对于雷达波的瞬时几何形状，从而改变了雷达波的入射角和反射角。 2. 海面回波的相干与非相干散射： 雷达回波是由目标体和海面共同产生的。海面本身会对雷达信号产生散射，这些散射可以分为相干散射和非相干散射。相干散射是指海面与雷达波之间产生的稳定、可预测的散射分量，主要与海面的平均坡度等宏观特性有关。非相干散射则是由海浪的随机起伏引起的，其幅度、相位和到达时间都具有随机性，常常表现为海杂波。海杂波的频谱特性（如多普勒频率）会随着海浪的运动而变化，对固定目标的回波信号产生显著的干扰。 3. 目标-海面耦合效应： 当目标浸入海面以下一部分（如船只的船体）或者靠近海面时，目标与海面的相互作用将变得非常重要。这种相互作用包括： 镜像效应： 海面可以作为一个近似的反射镜，产生目标的镜像目标。当目标与海面之间的距离变化时，镜像目标的位置和强度也会随之变化，从而影响总体的雷达散射。 波浪对目标遮挡与透射： 海浪的起伏可能在某些时刻遮挡部分目标，使其不再被雷达探测到，或者改变电磁波的传播路径，导致信号衰减。 海浪引起的诱导电流： 对于导体目标，海浪的运动可能会在目标表面引起感应电流，从而改变其散射特性。 目标对海浪的影响： 目标的存在也会对周围的海浪产生扰动，例如船只航行时产生的船尾波，这种扰动又会反过来影响雷达散射。 4. 时变性的量化与建模挑战： 将上述复杂的物理过程量化并纳入散射模型是一项艰巨的任务。海浪的随机性和多尺度特性，目标与海面的时空耦合，以及雷达信号的时域、频域特性，都要求模型具有足够的精度和灵活性。传统的基于固定几何模型的方法难以描述这种动态变化。 三、 现象学模型的构建思路 本书提出的时变海面雷达目标散射现象学模型，区别于纯粹的物理光学或几何光学等第一性原理推导模型，更侧重于通过观测和数据拟合，建立能够“描述”海面环境下目标散射行为的数学关系。其核心思想是：在保留足够物理依据的前提下，用一组参数化的模型来近似模拟复杂的时变散射过程。 1. 模型的分层设计： 基础散射模型： 首先，需要建立一个描述目标在理想无海面环境下的散射模型。这可以基于已有的RCS模型，例如基于几何形体（如圆柱、球体、圆锥等）的近似解析模型，或者基于电磁仿真软件（如FEKO, HFSS）获得的RCS数据。 海面环境附加模型： 接着，引入描述海面环境对散射影响的附加模型。这部分模型将捕捉海浪、海杂波等时变因素的作用。 海浪模型： 采用统计学方法描述海浪的起伏，例如利用高斯随机过程来描述海面高度的随机波动。模型可以考虑波浪的谱分布、传播方向等参数。 海杂波模型： 针对海杂波的特性，可以引入如K分布、Weibull分布等非高斯分布模型来描述其幅度统计特性。同时，海杂波的动态特性，如多普勒效应，也需要被纳入考量，例如通过时变滤波器或自适应方法来模拟。 目标-海面耦合模型： 针对镜像效应、遮挡效应等，建立相应的修正模型。例如，镜像效应可以被建模为一个额外的散射源，其位置和强度随海面高度和目标与海面距离的变化而变化。遮挡效应可以基于目标的几何轮廓和瞬时海面高度来计算。 2. 时变性的引入： 参数的时变性： 模型中的关键参数，如目标相对于海面的相对位置（特别是垂向高度）、海面的瞬时坡度、目标被遮挡的比例等，都被视为时间的函数。这些函数的引入使得模型能够动态地描述散射截面随时间的变化。 随机过程的应用： 海浪的运动和海杂波的产生本质上是随机过程。模型需要利用随机过程理论来描述这些时变特性，例如生成符合特定统计特性的海面高度序列或海杂波回波。 时域与频域的结合： 考虑雷达信号的时域脉冲特性和海面散射的时变频域特性（如多普勒频移），模型可以被设计成在时域和频域都能提供有效的描述。 3. 参数的获取与校准： 数据驱动方法： 现象学模型的一个重要特点是依赖于观测数据。通过实际雷达测量数据，可以对模型中的参数进行估计和校准。例如，通过分析在不同海况下目标的回波数据，可以反推出海面模型和耦合模型中的关键参数。 仿真数据辅助： 结合一些精细的物理模型或电磁仿真结果，可以生成用于模型校准和验证的辅助数据。 模型集成： 将各个子模型集成起来，形成一个完整的时变散射模型。模型的输出可以是目标在不同时刻的雷达散射截面（RCS），或者更复杂的散射矩阵。 四、 模型的核心组成部分 本书提出的时变海面雷达目标散射现象学模型，其核心组成部分主要包括以下几个方面： 1. 基础目标散射模型（Base Target Scattering Model）： 目标几何描述： 采用参数化方法或数据库来描述目标体的几何形状，例如，可以通过一组基本几何体（如球体、圆柱、平板）的组合来近似目标，或者利用CAD模型简化后的描述。 静态RCS模型： 基于目标几何形状和材料特性，计算在特定入射角度和极化下的雷达散射截面（RCS）。对于复杂目标，可以采用诸如Raleigh近似、GO（几何光学）、PO（物理光学）、GTD（均匀几何绕射理论）等方法，或者直接使用预先获得的RCS数据库。 2. 时变海面模型（Time-Varying Sea Surface Model）： 海面高度统计模型： 描述海面高度随机波动，常用的模型包括： 高斯随机过程： 假设海面高度服从高斯分布，其统计特性由海浪谱（如Phillips谱、Pierson-Moskowitz谱、JONSWAP谱）决定。模型需要考虑海浪的波浪谱、波浪方向谱以及它们随时间的演化。 双参数海浪谱： 能够更精细地描述不同海况下（如风浪、涌浪）海浪的能量分布。 海面坡度统计模型： 海浪的起伏导致海面具有随机的坡度，这对电磁波的反射和折射方向产生影响。模型需要计算海面瞬时坡度的统计特性，通常与海面高度的二阶导数相关。 海浪动力学模型： 考虑海浪的运动速度和方向，以及可能的海浪破碎等现象。这些动力学信息可以被用来驱动海面几何形状的时变更新。 3. 目标-海面耦合模型（Target-Sea Surface Coupling Model）： 镜像效应模型： 建立目标与其海面镜像之间的相互作用模型。 镜像位置： 镜像目标的位置取决于目标相对于海面的高度和海面的瞬时坡度。 镜像强度： 镜像目标的强度取决于海面的反射系数（例如，海水的菲涅尔反射系数）和海面粗糙度带来的衰减。 遮挡与透射模型： 几何遮挡： 根据目标体的几何轮廓和海面的瞬时起伏，计算海浪对目标产生的遮挡区域，从而估计被遮挡部分的散射贡献。 透射衰减： 对于部分浸入海面以下的目标，电磁波在穿越海面时会发生衰减，模型需要考虑这一衰减效应。 海面粗糙度对目标散射的影响： 海浪的起伏还会影响入射到目标上的电磁波的实际方向，以及从目标散射出来的电磁波的传播路径，导致散射能量的扩散或聚焦。 4. 海杂波模型（Sea Clutter Model）： 幅度统计模型： 描述海杂波回波幅度的分布特性。 高斯杂波： 在低分辨和低海况下，海杂波可以近似为高斯分布。 非高斯杂波： 在高分辨、高海况或特殊探测模式下，海杂波呈现非高斯特性，例如： K分布： 能够很好地描述具有“尖峰”和“重尾”特性的海杂波，其参数与海浪大小和探测距离有关。 Weibull分布： 另一种常用的非高斯杂波模型。 对数正态分布： 也有用于描述海杂波的场景。 多普勒特性模型： 海浪的运动会导致海杂波的多普勒频移，从而产生多普勒频谱。模型需要描述这种多普勒频移的分布，例如，由海浪的平均速度和速度方差决定。 时域相关性模型： 海杂波回波之间存在时间上的相关性，模型可以描述这种相关性，例如，通过自相关函数或功率谱密度来表示。 5. 时变散射截面（Time-Varying RCS）输出： 瞬时RCS： 模型输出的是目标在不同时刻的瞬时RCS值，这些值是动态变化的，反映了海面环境的时变性。 RCS的统计平均： 模型也可以用于计算在一定时间窗口内的RCS统计平均值，这对于雷达性能评估和系统设计很有意义。 散射矩阵（可选）： 在更高级的模型中，可以进一步计算目标的散射矩阵，以描述不同极化之间的耦合效应。 五、 模型应用与研究方向 本书提出的时变海面雷达目标散射现象学模型，具有广泛的应用前景，并指明了未来研究的潜在方向： 1. 雷达信号处理： 海杂波抑制： 精确的散射模型能够更好地理解海杂波的特性，为设计更有效的海杂波抑制算法（如自适应滤波、脉冲多普勒处理）提供理论依据。 目标检测与跟踪： 考虑海面动态变化对目标回波的影响，可以提高在复杂海况下的目标检测概率和跟踪鲁棒性。 目标识别： 目标在海面环境下的散射特性会发生显著变化，利用时变散射模型可以提取更具辨识度的特征，提高目标识别的精度。 2. 雷达系统设计与仿真： 雷达参数优化： 通过仿真评估不同雷达参数（如频率、脉冲宽度、波形）在海面环境下的性能，从而优化雷达系统设计。 战场环境仿真： 构建逼真的海面目标雷达散射仿真场景，为雷达操作人员和开发人员提供训练和测试平台。 3. 电磁散射理论研究： 模型验证与修正： 实际雷达测量数据可以用来验证和修正模型，不断提升模型的精度和普适性。 新模型开发： 针对模型在某些方面的不足，例如对特定海况（如高海况、波浪破碎）或特定目标类型（如小目标、密集目标）的描述能力，可以进一步探索新的建模方法。 多物理场耦合： 考虑电磁波与海面流体动力学、声学等其他物理场的耦合效应，构建更全面的多物理场仿真模型。 六、 结论 本书对时变海面雷达目标散射现象学模型的构建进行了系统性的阐述。通过深入分析海面环境的复杂性及其对雷达目标散射的影响，提出了一种分层、参数化的建模框架，有效地整合了基础目标散射、时变海面特性、目标-海面耦合以及海杂波等关键要素。本书的研究成果不仅为提高雷达在复杂海面环境下的性能提供了理论支持和实践指导，也为未来相关领域的研究开辟了新的思路和方向。理解和掌握海面环境下目标雷达散射的时变性，是实现下一代雷达智能化、自主化发展的关键挑战之一，本书为此贡献了重要力量。

评分☆☆☆☆☆

阅读过程中，我发现作者的写作风格非常沉稳且富有条理，语气坚定而不失谦逊。文字表达精准，很少出现模棱两可的表述，这在理工科著作中是难能可贵的品质。整本书的叙事节奏把握得很好，不会让人感到拖沓，也不会因为信息量过大而产生阅读障碍。这本书无疑为该研究领域提供了一个坚实的理论基石，是未来相关研究人员案头必备的参考书。

评分☆☆☆☆☆

这本书的理论深度和广度令人印象深刻。它不仅仅停留在对已知现象的描述，更深入地探讨了其背后的物理机制。特别是在处理复杂环境下的散射问题时，作者似乎非常注重对各种不确定性因素的建模，这一点在实际工程应用中至关重要。我感觉作者对该领域的研究已经达到了炉火纯青的地步，书中涵盖的参考文献也显示了作者对国内外最新研究进展的紧密跟踪，是一本非常具有前瞻性的著作。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计和印刷质量都达到了专业水准，封面设计简洁大气，用色稳重，很有学术气息。内页纸张选择了偏暖的米白色，阅读起来眼睛不容易疲劳，这对于需要长时间阅读专业文献的读者来说非常友好。排版清晰规范，公式和图表的位置安排得当，逻辑性很强。虽然是专业性很强的理论书籍，但作者在细节处理上很用心，比如对关键概念的标注和索引的完善，都体现了作者的严谨态度。

评分☆☆☆☆☆

我特别欣赏作者在概念引入和理论推导过程中的循序渐进的处理方式。一开始从基础物理原理讲起，逐步过渡到复杂的数学模型，逻辑链条非常清晰。对于一些抽象的物理现象，作者往往会用通俗易懂的类比来辅助解释，这极大地降低了初学者的理解门槛。即便是一些需要深厚数学功底才能掌握的章节，作者也尽可能地提供了详细的推导步骤，而不是直接给出结论，这对于想要深入理解理论根源的研究者来说，价值非凡。

评分☆☆☆☆☆

从实用性的角度来看，这本书的理论框架具有很强的可操作性。许多章节不仅阐述了“是什么”和“为什么”，还提供了“怎么做”的指导。例如，书中对不同参数设置下的模型预测结果的讨论非常详尽，这对于从事系统设计和算法开发的人员来说，提供了宝贵的参考数据和模型验证的基础。我期待能将书中的某些方法应用到我的实际项目中去验证其有效性。