空间射频信息获取新技术丛书：极化雷达成像基础与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] Jong-Sen Lee，[法] Eric Pottier 著，洪文，李洋，尹嫱 等 译

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• 极化雷达
• 雷达成像
• 射频信息获取
• 空间信息获取
• 信号处理
• 电磁波传播
• 遥感
• 微波遥感
• 目标识别
• 雷达应用

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121202667

版次：1

商品编码：11275453

包装：平装

丛书名： "十二五"国家重点图书出版规划项目

开本：16开

出版时间：2013-06-01

页数：312

字数：506000

正文语种：中文

内容简介

　　《空间射频信息获取新技术丛书：极化雷达成像基础与应用》作者是两位国际著名的极化雷达专家，均长期从事极化雷达研究工作，有大量的极化研究成果，并有丰富的教学经验。《空间射频信息获取新技术丛书：极化雷达成像基础与应用》反映了当前国际上极化技术的研究水平，涵盖了极化的基本理论、极化的处理算法，极化分类及其他应用。书中全面反映了作者他们长期的极化研究成果和素材，以及当前最新的极化研究进展和成果，形成了完整的极化理论体系。书中还给出了极化目标分解、极化分类、极化的其他应用等有价值的若干专题的丰富素材，特别是对于极化的相干斑滤波和极化目标分解阐述得尤其深刻和全面。

目录

第1章 极化雷达成像概论
1.1 极化雷达成像简史
1.1.1 引言
1.1.2 成像雷达的发展概况
1.1.3 极化雷达成像的发展概况
1.1.4 极化雷达成像教学
1.2 合成孔径雷达成像概述
1.2.1 引言
1.2.2 SAR成像几何构型
1.2.3 SAR空间分辨率
1.2.4 SAR图像处理
1.2.5 SAR复数图像
1.3 机载和星载极化SAR系统
1.3.1 引言
1.3.2 机载极化SAR系统
1.3.3 星载极化SAR系统
1.4 内容概要
参考文献

第2章 矢量电磁波与极化表征
2.1 单色平面电磁波
2.1.1 波动方程
2.1.2 单色平面波解
2.2 极化椭圆
2.3 琼斯矢量
2.3.1 定义
2.3.2 特殊酉群SU（2）
2.3.3 正交极化状态与极化基
2.3.4 极化基变换
2.4 斯托克斯矢量
2.4.1 平面波矢量的实数表示方法
2.4.2 特殊酉群O（3）
2.5 电磁波协方差矩阵
2.5.1 电磁波极化度
2.5.2 电磁波各向异性和电磁波熵
2.5.3 部分极化电磁波的二分量分解理论
参考文献

第3章 电磁矢量散射算子
3.1 Sinclair极化后向散射矩阵S
3.1.1 雷达方程
3.1.2 散射矩阵
3.1.3 散射坐标系
3.2 目标散射矢量
3.2.1 引言
3.2.2 双站散射体制
3.2.3 单站后向散射体制
3.3 极化相干矩阵T与极化协方差矩阵C
3.3.1 引言
3.3.2 双站散射体制
3.3.3 单站后向散射体制
3.3.4 散射对称性
3.3.5 特征矢量/特征值分解
3.4 极化Mueller矩阵M和Kennaugh矩阵K
3.4.1 引言
3.4.2 单站后向散射体制
3.4.3 双站散射体制
3.5 极化基变换
3.5.1 单站后向散射矩阵S
3.5.2 极化相干矩阵T
3.5.3 极化协方差矩阵C
3.5.4 极化Kennaugh矩阵K
3.6 目标的极化特征
3.6.1 引言
3.6.2 目标的特征极化状态
3.6.3 Sinclair矩阵S的对角化
3.6.4 标准散射机制
参考文献

第4章 极化SAR相干斑统计特性
4.1 SAR图像相干斑的基本性质
4.1.1 相干斑的形成
4.1.2 瑞利相干斑模型
4.2 多视SAR图像相干斑统计特性
4.3 纹理模型和K分布
4.3.1 归一化多视强度图像的K分布
4.3.2 归一化多视幅度图像的K分布
4.4 相干斑的空间相关效应
4.4.1 等效视数
4.5 极化和干涉SAR相干斑统计特性
4.5.1 复高斯分布与复Wishart分布
4.5.2 极化SAR数据的蒙特卡罗仿真
4.5.3 仿真方法验证
4.5.4 复相关系数
4.6 单视和多视极化SAR数据的相位差分布
4.6.1 相位差分布的另一形式
4.7 多视乘积分布
4.8 多视强度联合分布
4.9 多视强度比和幅度比分布
4.10 多视概率密度函数的实验验证
4.11 多视极化数据的K分布
4.12 小结
附录4.A
附录4.B
附录4.C
附录4.D
参考文献

第5章 极化SAR相干斑滤波
5.1 SAR图像相干斑滤波介绍
5.1.1 SAR相干斑噪声模型
……

前言/序言

　　译者序
　　作为一种主动的航天、航空遥感手段，微波成像技术具有全天时、全天候工作的特点，在环境保护、灾害监测、海洋观测、资源勘查、精细农业、地质测绘、政府公共决策等方面有着广泛的应用，目前已成为高分辨率对地观测和全球资源管理最重要的手段之一。极化合成孔径雷达（PolSAR）技术是高分辨率微波成像系统从单一的“影像冶获取向定量化测量工具发展的不可或缺的途径。与合成孔径雷达干涉测量系统（InSAR）相似，PolSAR系统不仅能够利用影像功率信息，其通道间的相对相位信息还可以定量地反映目标特性差异，从而在无监督地物分割分类、目标检测与识别、土壤湿度和生物量等地物参数估计方面存在重要的应用潜力和价值。
　　极化合成孔径雷达技术领域的研究涉及电磁矢量散射理论、多通道相干雷达系统及数据处理技术、定量化地物参数反演及应用技术等，是基础理论与实验科学紧密结合并相互促进的典型研究领域之一。受限于目前国内在极化SAR基础理论、系统技术及数据应用等方面相互割裂的研究现状，迫切需要系统全面地了解在极化相干系统设计、数据处理及应用等方面的国际领先研究经验和成果。
　　本书是一部专门讨论极化合成孔径雷达成像基础理论、目标的极化特征模型及特征量、数据处理方法和多种反演应用算法的学术论著。本书的两位作者是当前活跃在极化SAR研究领域的知名学者，他们具有长期专门从事极化SAR成像研究的经历，是分别为美国国家航空与航天局喷气推进实验室（NASA-JPL）和欧洲空间局（ESA）提供技术咨询服务及数据处理支持的顶尖科学家，并拥有丰富的教学经验。
　　本书着重论述极化SAR的基本概念、数据处理原则与方法、极化SAR的典型应用算法等。该书注重选材的全面与组织架构的简洁，强调算法的基本原理与工程实现相结合，对专门从事极化SAR数据处理的研究人员而言具有较强的可读性和可操作性；同时，本书采取了电磁散射基础、统计信号理论、雷达系统等专业知识与极化合成孔径雷达图像滤波、地物目标分解分类及参数反演等应用相结合的阐述方法，从而使本书有望成为一本优秀的电子工程专业研究生教材。在整个翻译直至出版的过程中，两位作者给予了一贯的关注和支持。此外，中译本还完成了对原书的勘误和修订。在阅读本书时可以配合使用附录中提及的极化SAR数据处理软件PolSARPro及极化SAR样例数据。
　　本书中译本的翻译组织工作由微波成像技术国家重点实验室的微波成像新概念、新体制和新方法研究团队完成。本团队自2006年起开始在国家自然科学基金重大项目（多维度微波成像基础理论与关键技术60890071）、科技部国际合作项目（先进极化技术林业应用的研究和论证2008DFA11690、”龙计划冶二期极化干涉SAR土地覆盖及地表形变信息提取技术5344）及863项目（面向对象的高可信SAR处理系统，2011AA120401）等国家级项目的支持下，持续开展极化/极化干涉基础理论、数据处理及应用研究，并直接参与了Pol-SARPro软件中算法模块的开发工作。
　　在两年多的翻译过程中，译者与两位作者针对国内研究初步且尚无确定概念的内容和专业术语进行了多次沟通和深入的探讨，以期最大限度地体现译文与原文研究水准的一致性。微波成像技术重点实验室的王卫延研究员以其极高的热情与深厚的学术功底对全书进行了译审，帮助译者完成了中译本的勘误，并得到了作者的确认和一致肯定。参加本书翻译的有洪文、李洋、尹嫱以及周勇胜、闫剑、陈琳和王鹏等研究生。本书的翻译还得到了中国科学院电子学研究所吴一戎院士、中国林业科学研究院资信所陈尔学研究员等多位专家的支持和帮助。鉴于译者的经验和时间约束，翻译过程中难免存在未尽和疏漏之处，敬请广大同行和读者批评指正。

极化雷达成像：解构电磁波的秘密，洞悉世界的真相 人类对世界的感知，很大程度上依赖于我们如何接收和解读来自周围环境的信号。在众多感知工具中，雷达技术以其穿透性、全天候、远距离探测的独特优势，在军事、气象、航空航航天、遥感等领域扮演着至关重要的角色。而在这门技术不断精进的浪潮中，极化雷达成像（Polarimetric Radar Imaging）的出现，如同一把解锁电磁波更深层秘密的钥匙，为我们带来了前所未有的精细化观测能力，使我们能够以前所未有的维度“看见”并“理解”目标。 本书旨在深入探讨极化雷达成像的核心理论、关键技术以及在各个领域的广泛应用。它并非仅仅是对现有技术的简单罗列，而是试图通过对极化这一被传统雷达往往忽略的电磁波属性的深入挖掘，展现其如何赋能雷达成像，使其从“看得到”跃升至“看得精”、“看得透”。 剖析极化的物理内涵：电磁波的“身份证” 要理解极化雷达成像，首先必须清晰地认识“极化”的物理本质。电磁波，作为一种横波，其电场矢量（或者说磁场矢量）的振动方向具有特定的规律。这种振动方向的规律，便是电磁波的极化状态。我们可以将极化想象成电磁波的“身份证”，它携带了关于波源、传播路径以及与目标相互作用过程的丰富信息。 根据电场矢量振动轨迹的不同，电磁波的极化状态可以被归纳为几种基本类型： 线极化（Linear Polarization）： 电场矢量沿着一个固定方向来回振动。根据振动方向的不同，又分为水平极化（Vertical Polarization, VP）和垂直极化（Horizontal Polarization, HP）。 圆极化（Circular Polarization, CP）： 电场矢量的末端在垂直于传播方向的平面内描绘出一个圆。圆极化又分为左旋圆极化（Left-hand Circular Polarization, LHCP）和右旋圆极化（Right-hand Circular Polarization, RHCP）。 椭圆极化（Elliptical Polarization, EP）： 这是最普遍的极化状态，电场矢量在垂直于传播方向的平面内描绘出一个椭圆。线极化和圆极化可以看作是椭圆极化的特例。 理解这些基本概念至关重要，因为目标在接收和散射电磁波时，其形状、材质、表面粗糙度等物理特性，都会以独特的方式影响电磁波的极化状态。例如，一个光滑的金属球会以接近的方式散射同种极化的入射波，而一个具有复杂结构的物体，如树叶、粗糙地面，则会引起极化状态的改变，包括极化方向的旋转、椭圆度的变化，甚至产生交叉极化（Cross-polarization）分量，即入射波的极化方向与散射波的极化方向不一致。 极化雷达成像的核心原理：捕获信息丰富的散射矩阵 极化雷达成像的关键在于，它不仅仅测量目标对单一极化（例如，只发射和接收水平极化的信号）的后向散射强度，而是同时发射和接收不同极化的信号，并分析散射过程中极化状态的变化。这种分析的基础是散射矩阵（Scattering Matrix, S）。 对于一个一般的雷达目标，其散射过程可以用一个2x2的复数矩阵来描述，这个矩阵就是散射矩阵。它能够完全表征目标在不同极化组合下的散射响应。通常，我们选择一对正交的极化基（例如，水平极化和垂直极化），并定义以下四种散射矩阵元素： $S_{HH}$：水平极化入射波产生水平极化后向散射的幅度与相位。 $S_{HV}$：水平极化入射波产生垂直极化后向散射的幅度与相位。 $S_{VH}$：垂直极化入射波产生水平极化后向散射的幅度与相位。 $S_{VV}$：垂直极化入射波产生垂直极化后向散射的幅度与相位。 其中，$S_{HV}$和$S_{VH}$代表了交叉极化分量。对于大多数由自然材料构成的目标（如地面、植被），由于其非对称散射特性，会产生显著的交叉极化散射。而像金属球体这样的对称目标，其交叉极化分量则很小。 通过测量这四个散射矩阵元素，我们便能构建目标的极化散射特性，进而在二维（距离-方位）或者三维（距离-方位-高程）图像中，用更丰富的“色彩”来描绘目标。 极化雷达成像的关键技术：从数据采集到信息提取 要实现极化雷达成像，需要一系列先进的技术支持： 1. 极化激励与接收系统： 雷达需要具备发射和接收两种不同极化状态的能力，并且能够灵活切换或同时接收不同极化信号。这通常通过特殊的极化天线或极化转换器来实现。 2. 数据采集与处理： 接收到的信号是具有幅度、相位和极化信息的复杂数据。需要高精度的数据采集系统来忠实记录这些信息，并进行后续的信号处理，包括距离徙动校正、多普勒处理、成像等。 3. 极化信息提取算法： 这是极化雷达成像的核心竞争力所在。如何从散射矩阵中提取出有意义的物理信息，是研究的重点。常见的极化信息提取方法包括： 极化熵（Polarimetric Entropy, H）与极化平均方向（Mean Polarization Direction, $ar{alpha}$）： 基于散射矩阵的协方差矩阵进行特征值分解，可以得到描述散射机制的熵和平均方向。熵可以区分纯散射（如表面散射、偶极散射）和混合散射，而平均方向则可以指示主要的散射类型。 退相干度（Coherence Degree）： 衡量目标散射的相干性，对于区分不同类型的目标（例如，区分独立散射体和高度相干的结构）非常重要。 极化对比度（Polarimetric Contrast）： 利用不同极化通道的后向散射强度差异来增强特定目标与背景的对比度，常用于目标检测和识别。 极化比（Polarimetric Ratio）： 例如，交叉极化比（$sigma_{HV}/sigma_{HH}$或$sigma_{HV}/sigma_{VV}$），可以反映目标的非对称性，对于区分人造目标和自然地物非常有效。 目标分解技术（Target Decomposition Techniques）： 将目标的散射特性分解为几种基本散射机制（如表面散射、偶极散射、二面角散射、三面角散射等）的组合，从而更深入地理解目标的物理构成。 极化雷达成像的应用前景：洞察世界的多样化图景 极化雷达成像凭借其强大的信息提取能力，在众多领域展现出巨大的应用潜力： 地物分类与植被监测： 不同类型的地物，如森林、农田、草地、水体，以及不同类型的植被（如不同作物、不同生长阶段的作物），具有独特的极化散射特性。极化雷达可以区分这些细微差异，实现高精度的地物分类，监测植被的生长状况、病虫害情况，甚至估算生物量。例如，它可以区分不同树冠结构、不同土壤湿度下的散射信号，从而实现对森林健康状况的评估。 目标检测与识别： 在军事领域，极化雷达能够有效地区分隐蔽的目标，如伪装的坦克、车辆，以及在复杂背景下的军事设施。交叉极化信息对于识别具有特定几何形状和材料属性的人造目标至关重要。同时，极化信息也可以帮助区分空中的鸟类、无人机和导弹，提高空情预警能力。 海洋探测与海冰监测： 海面目标（如船只）与海水的极化散射特性存在显著差异。极化雷达可以有效地探测和跟踪船只，即使在恶劣天气条件下。对于海冰监测，极化雷达可以区分不同类型的海冰（如新冰、一年冰、多年冰），评估海冰的厚度和分布，为航运和海洋科学研究提供重要数据。 气象探测与降水反演： 雨滴、雪花、冰雹等气象粒子的形状、大小和相态各不相同，它们对电磁波的极化散射特性也不同。极化多普勒天气雷达（Polarimetric Doppler Weather Radar）能够通过分析散射矩阵，区分雨、雪、冰雹等，并提供降水强度、类型等信息，大大提高天气预报的准确性。 地质勘探与矿产资源遥感： 地下的岩层、矿物具有不同的电磁散射特性。极化雷达可以穿透地表，探测地下结构，辅助地质勘探和矿产资源的寻找。 城市规划与基础设施监测： 城市中的建筑、道路、桥梁等具有复杂的极化散射特征。极化雷达可以用于城市区域的精细分类，监测城市扩张，评估基础设施的状况，甚至检测非法建筑。 灾害监测与评估： 在洪水、滑坡、地震等灾害发生后，极化雷达可以快速获取大范围的受灾区域图像，评估灾害损失，为救援和重建工作提供支持。例如，它可以区分被水淹没的区域和未淹没的区域，识别倒塌的建筑物。 结语：迈向更智能、更精细的雷达观测时代 极化雷达成像技术的发展，不仅是雷达技术自身的一次飞跃，更是我们理解和感知世界方式的深刻变革。它赋予了雷达超越传统“可见光”模式的能力，让我们能够从电磁波的“语言”中解读出更丰富、更深层次的信息。 本书将系统性地梳理极化雷达成像的理论基础，详细介绍其关键技术，并通过丰富的实例展示其在各个领域的实际应用。我们希望通过这本书，能够帮助读者建立起对极化雷达成像的全面认识，理解其背后的科学原理，掌握其核心技术，并激发其在各自研究和应用领域进一步探索和创新的热情。 随着技术的不断进步，极化雷达成像必将在未来发挥越来越重要的作用，为人类认识和改造世界提供更强大的助力，引领我们迈向一个更加智能、更加精细的雷达观测时代。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就带着一股浓厚的科技感，金属质感的字体，深邃的星空背景，还有那若隐若现的电磁波纹路，都精准地击中了我的好奇心。作为一名对雷达技术略有涉猎的爱好者，我一直对“极化”这个概念心存疑虑，感觉它在雷达领域扮演着一个神秘却又至关重要的角色。这本书的标题《极化雷达成像基础与应用》就像一束光，照亮了我前进的方向。我尤其期待书中能够深入浅出地解释极化散射的物理机制，以及不同极化方式（如线极化、圆极化、椭圆极化）如何影响回波信号的特性。而且，书中提到的“成像”二字，更是激发了我对它在实际应用中的浓厚兴趣。想象一下，通过分析不同极化下的回波，我们能否分辨出目标是金属结构还是非金属结构？能否穿透伪装，识别出隐藏的物体？这些都是我迫切想从书中找到答案的问题。我希望这本书不仅仅是枯燥的理论堆砌，更能结合丰富的实例，例如在目标识别、地形测绘、甚至遥感监测等领域的应用，让我真切地感受到极化雷达成像的强大力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，简直是给我这样的科研新人送来了一份厚礼。我是一名正在攻读相关方向研究生的学生，对极化雷达成像的理论基础和前沿进展非常渴望了解。从书名来看，它不仅讲解了基础概念，更强调了实际应用，这对我来说至关重要。我尤其希望书中能够系统地介绍各种极化雷达的测量模式，例如单站极化、双站极化，以及它们在不同成像方式下的特点。我对书中可能深入探讨的极化分解理论非常感兴趣，例如H/A/alpha分解、LMMD分解等，希望能够理解这些分解方法的物理意义以及它们如何帮助我们提取更丰富的地物信息。此外，我非常期待书中能够涵盖一些先进的极化雷达成像技术，比如多极化干涉成像、极化动目标显示（GMTI）等，这些都是我未来研究可能涉及的方向。如果书中还能对当前极化雷达领域存在的挑战和未来的发展趋势进行展望，那将是对我极大的启发。

评分☆☆☆☆☆

我一直对遥感技术在军事和民用领域的应用充满好奇，尤其是雷达在其中的作用。这本书的标题《极化雷达成像基础与应用》恰好触及了我感兴趣的多个交叉领域。我特别期待书中能够阐述极化雷达在探测隐身目标、识别伪装目标、以及监测地表变化等方面的独特优势。我希望能看到书中详细介绍不同地物（如植被、土壤、水体、建筑物等）的极化散射特性，以及这些特性如何被利用来实现精准的分类和识别。此外，我非常想了解极化雷达是如何克服天气条件（如云、雨、雪）的影响，实现全天候、全天时的观测的。书中如果能包含一些实际的遥感案例分析，比如 SAR（合成孔径雷达）或 ISAR（逆合成孔径雷达）在目标识别、地质勘探、海洋监测等方面的应用，那就太棒了。我希望这本书能为我打开一扇新的窗口，让我更深入地理解雷达技术如何在看不见的战场和未知的世界中发挥关键作用。

评分☆☆☆☆☆

这绝对是一本值得我反复研读的学术专著。从目录上看，它涵盖了从基础理论到前沿应用的方方面面，体系非常完整。我尤其关注那些关于先进极化成像算法的章节，比如全极化、分层极化等技术，这些都是当前雷达技术发展的重要方向。我对书中可能涉及到的数学建模、信号处理流程以及数据融合方法非常感兴趣。我设想，书中会详细介绍如何构建精确的极化散射模型，如何设计高效的极化信息提取算法，以及如何将多源、多极化的雷达数据进行有效融合，从而提升成像的精度和鲁棒性。我希望书中能够引用最新的研究成果，并对一些关键技术难点进行深入剖析，例如如何克服相干性问题，如何处理复杂的地物回波，以及如何在噪声和干扰环境下保证成像质量。如果书中还能提供一些具体的算法实现思路或者仿真案例，那就更加完美了，这将极大地帮助我理解和掌握这些复杂的概念。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对雷达系统设计有着浓厚兴趣的工程师，而这本书的标题“极化雷达成像基础与应用”正是我急需的技术支撑。我非常关注书中关于极化信息在雷达系统参数优化方面的应用。我设想，书中会详细分析极化参数如何影响雷达的探测距离、分辨率、以及抗干扰能力。我希望能够从中学习到如何根据不同的应用场景，选择最优的极化方式和极化模式，以最大化雷达系统的性能。同时，我也对书中关于极化雷达硬件设计的部分充满期待，比如天线的设计、收发模块的选择，以及极化处理单元的实现等。我希望书中能提供一些关于如何设计和实现高精度极化隔离的天线，以及如何构建具有良好稳定性和可靠性的极化测量系统的技术细节。如果书中能包含一些实用的设计指南或经验总结，将对我未来的工作非常有帮助。

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嗯，书的质量还好，不错。

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