K波段微波高光谱辐射计系统研究 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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谢衍 著

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• 微波遥感
• 高光谱辐射计
• K波段
• 微波技术
• 辐射测量
• 大气遥感
• 地球观测
• 仪器研发
• 信号处理
• 电磁波传播

出版社： 中国科学技术出版社

ISBN：9787504674067

版次：1

商品编码：12048439

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-12-01

用纸：胶版纸

页数：128

字数：120000

编辑推荐

　　这本书是在作者的博士论文基础上进一步补充完善的一部科技著作，内容前沿，对于微波领域的研究生以及相关领域的科技工作者具有很好的参考价值。

内容简介

　　《K波段微波高光谱辐射计系统研究》主要研究目的在于发展一种大气探测性能与晴空条件下红外高光谱传感器相同或接近，并能够在全天候条件下工作的微波遥感系统。本专著在国内外现有的研究基础之上，研究与实现了一种地基式K波段微波高光谱辐射计。研究工作 初开始于2007年，其研究目的是希望通过研制一种高频谱分辨率的微波辐射计，用于验证能否据此改善大气廓线的反演性能。通过将水汽廓线反演结果与TP/WVP-3000微波辐射计进行对比，验证了本文所设计的80个通道K波段微波高光谱辐射计能够一定程度上改善水汽廓线的反演精度和垂直分辨率，并进一步提出了系统频谱通道数扩展的设计思想。

作者简介

　　谢衍，男，1987年生于江西南昌，现任职于华东交通大学信息工程学院。2007年毕业于北京航空航天大学电子信息工程学院信息与通信工程系，获工学学士学位；2010年毕业于北京航空航天大学电子信息工程学院电子与通信工程专业，获工学硕士学位；同年考入北京航空航天大学电子信息工程学院，电磁场与微波技术专业攻读博士学位。近年来在微波工程实验室进行微波辐射计的系统研究。现主要研究方向为微波毫米波系统、微波遥感、微波辐射计和射频电路等。

内页插图

K波段微波高光谱辐射计系统研究 内容简介： 本书深入探讨了K波段微波高光谱辐射计系统的理论基础、关键技术、系统设计、硬件实现、软件开发以及实际应用。全书力求从基础原理出发，逐步深入到复杂工程细节，旨在为相关领域的研究人员、工程师和学生提供一本全面、系统且具有实践指导意义的参考书。 第一章 引论 本章首先回顾了微波辐射计技术的发展历程，特别是其在遥感、气象、海洋学、天文学等领域的广泛应用。在此基础上，重点阐述了高光谱分辨率微波辐射计的优势，即能够捕捉微波频段内更精细的辐射信息，从而提供更准确、更丰富的地物和大气参数反演能力。 接着，本章详细介绍了K波段（通常指18-27 GHz）的特点及其在微波遥感中的重要性。K波段由于其在探测大气水汽、液态水、云冰以及地表土壤湿度等方面的敏感性，成为许多关键遥感任务的理想选择。同时，K波段也面临着大气衰减、仪器噪声等挑战，这为高光谱分辨率辐射计的设计提出了更高的要求。 最后，本章梳理了K波段微波高光谱辐射计系统的研究现状和未来发展趋势，指出了当前研究中存在的关键问题和潜在的技术瓶颈，为后续章节的研究内容奠定基础。 第二章 微波辐射计基本原理 本章从电磁波理论和热力学统计学出发，详细讲解了微波辐射计的工作原理。核心内容包括： 普朗克黑体辐射定律： 阐述了黑体在不同温度下产生的微波辐射谱，以及瑞利-金斯近似和维恩近似在不同频率下的适用性。 微波辐射的物理机制： 详细分析了大气、地表、海洋等不同介质产生微波辐射的内在物理过程，包括分子极化、离子极化、电子极化等，以及这些过程与温度、介电常数、湿度等参数的关系。 辐射传输方程（Radiative Transfer Equation, RTE）： 详细推导了RTE在微波频段下的形式，包括了大气层中散射、吸收、发射等过程的贡献。强调了RTE在反演地物和大气参数中的核心地位。 信噪比（SNR）和最低可探测温度差（NETD）： 讲解了微波辐射计性能的关键指标，分析了影响SNR和NETD的各种因素，如系统噪声温度、带宽、积分时间等，为后续的仪器设计提供了理论依据。 第三章 K波段微波高光谱辐射计系统架构设计 本章着重于K波段微波高光谱辐射计系统的整体架构设计。内容涵盖： 系统构成： 详细描述了高光谱微波辐射计系统的基本组成部分，包括天线、射频前端、后端信号处理器、数据采集与存储系统、电源及控制系统等。 高光谱分辨率实现途径： 深入探讨了实现高光谱分辨率的几种主要技术路线，包括： 数字傅里叶变换（DFT）或快速傅里叶变换（FFT）光谱仪： 详细介绍基于数字信号处理的FFT光谱仪的工作原理，包括其结构、采样率、FFT点数等对分辨率的影响。 声表面波（SAW）或延迟线光谱仪： 介绍基于模拟器件的高光谱分辨率实现方式，分析其优缺点。 数字即时带通滤波器组（Digital Instantaneous Bandwidth Filter Bank, DIBF）： 讲解DIBF的工作原理，包括滤波器组的设计、数字下变频等关键技术。 系统参数选择： 针对K波段，详细讨论了中心频率、带宽、光谱分辨率、采样速率、动态范围等关键参数的选择原则和相互影响。 系统集成与接口设计： 探讨了各子系统之间的接口定义、信号传输方式、时钟同步等集成问题，确保系统整体的稳定性和协同工作。 第四章 关键技术与硬件实现 本章将深入到K波段微波高光谱辐射计系统的硬件实现细节，聚焦于关键技术。 天线设计与优化： K波段天线类型选择： 讨论了喇叭天线、抛物面天线、相控阵天线等在K波段的应用，分析其增益、波束宽度、旁瓣等性能指标。 低旁瓣和宽带设计： 重点研究如何设计低旁瓣和宽带天线，以减少地杂波干扰和满足系统带宽需求。 校准天线： 介绍用于系统校准的天线，如全向天线或标准喇叭天线。 射频前端设计： 低噪声放大器（LNA）： 详细讲解K波段LNA的设计要求，包括低噪声系数、高增益、良好的稳定性和线性度。介绍不同LNA拓扑结构（如单级、级联、平衡型）的优劣。 混频器与下变频： 阐述混频器在将K波段信号下变频到中频（IF）或基带（BB）过程中的作用，分析混频器的噪声和非线性对系统性能的影响。 滤波器与匹配网络： 介绍用于信号滤波、阻抗匹配的关键无源和有源器件，以及它们的设计原则。 噪声源与校准模块： 详细说明用于系统内定标和外定标的噪声源的设计和集成，包括其稳定性和准确性。 高光谱信号处理后端： 模数转换器（ADC）： 讨论ADC的采样率、量化位数、动态范围等参数对高光谱分辨率和精度的要求。 FPGA/ASIC设计： 深入讲解基于FPGA或ASIC实现FFT计算、滤波器组处理、数字下变频等核心算法的架构设计和优化。 数字信号处理（DSP）算法： 详细介绍实际的信号处理算法，如FFT算法的实现细节、频率校准、增益校准、杂散响应抑制等。 其他关键部件： 精密时钟源： 强调高精度、低抖动时钟对数字信号处理同步性和频谱分辨率的重要性。 温度控制与稳定： 分析温度变化对放大器、混频器等器件性能的影响，提出相应的温度控制和补偿措施。 第五章 数据处理与反演算法 本章聚焦于从高光谱辐射计测量数据中提取有价值信息的方法。 原始数据预处理： 去直流、去噪： 介绍常用的信号去噪算法，如滑动平均、卡尔曼滤波等。 增益和偏移校正： 详细说明如何利用校准噪声源的数据对系统的增益和偏移进行校正。 频率和幅度校准： 讲解如何精确校准频谱的频率轴和幅度响应。 辐射温度（Brightness Temperature, Tb）计算： 亮温定义与计算： 阐述亮温的概念，并介绍基于测量数据计算亮温的方法，包括考虑系统噪声、校准系数等。 多光谱/高光谱亮温： 探讨如何从连续的高光谱数据中提取特定频点的亮温值。 反演算法研究： 物理反演模型： 详细介绍基于辐射传输方程（RTE）的物理反演方法。分析正向模型（根据大气和地表参数计算亮温）的建立，以及反演过程中的误差分析和不确定性评估。 统计反演模型： 介绍基于统计学习方法（如多元回归、神经网络、支持向量机等）的反演模型，分析其在数据量充足情况下的优势。 混合反演方法： 探讨结合物理和统计方法的混合反演策略。 关键反演参数： 详细讨论K波段高光谱辐射计能够反演的关键参数，包括： 大气水汽含量（Integrated Water Vapor, IWV）： K波段对水汽谱线（如22.2 GHz）敏感，高光谱分辨率有助于更精确地反演IWV。 液态水路径（Liquid Water Path, LWP）： K波段也能感知液态水，与IWV结合提供更全面的云信息。 云冰路径（Ice Water Path, IWP）： 在特定频点，K波段也能提供关于云冰的信息。 土壤湿度： K波段对土壤的介电常数敏感，可用于探测地表土壤湿度。 地表温度： 间接反演地表温度。 不确定性分析与误差评估： 强调反演结果的置信度，分析仪器误差、模型误差、输入参数误差对反演结果的影响。 第六章 系统校准与验证 本章重点介绍K波段微波高光谱辐射计系统的校准流程和验证方法。 仪器内定标： 两点定标： 详细讲解利用冷源（如深空或稳定低温源）和热源（如室温环境或可控加热器）进行仪器增益和偏移校准的过程。 噪声二极管注入： 介绍如何通过注入已知噪声功率来验证系统的线性度和动态范围。 仪器外定标（在轨定标/地面定标）： 地球亮温作为参考： 讲解利用已知特性的地球区域（如海洋、陆地）作为目标进行在轨定标的方法。 标准辐射源： 介绍在地面进行校准时使用的高精度标准辐射源。 系统性能验证： 与参照设备比对： 探讨如何将本系统测量结果与现有成熟的微波辐射计或地基/空基观测数据进行比对。 数据一致性检验： 分析同一场景下不同测量时间或不同通道的测量数据之间的一致性。 实地实验与现场验证： 介绍通过在特定地区进行同步观测，并与现场测量数据（如探空气球、土壤湿度计）进行对比来验证反演算法的准确性。 第七章 应用前景与挑战 本章展望K波段微波高光谱辐射计系统的应用前景，并分析当前面临的挑战。 主要应用领域： 气象预报： 精确监测大气水汽和液态水分布，提高天气预报的准确性。 气候变化研究： 长期监测大气温湿度的变化趋势，研究水循环和能量平衡。 海洋监测： 测量海面温度、海表盐度（通过介电常数间接），研究海洋环流和气候变化。 水文监测： 监测土壤湿度，为农业生产、干旱预警提供信息。 灾害监测： 监测洪水、干旱等自然灾害。 天文学： K波段也是射电天文学研究的重要频段，高光谱分辨率有助于观测特定天体辐射。 面临的挑战： 仪器复杂性与成本： 高光谱分辨率对器件和信号处理要求高，导致系统复杂且成本昂贵。 数据处理与存储： 高光谱数据量庞大，对数据处理能力和存储空间提出挑战。 反演模型的不确定性： 复杂的地表和大气条件可能导致反演模型存在误差。 多平台集成与协同观测： 如何将此类高光谱辐射计集成到现有卫星平台或形成协同观测网络。 新的物理过程研究： 进一步理解K波段在探测特定微物理过程（如云冰相变、冰粒子尺寸分布）中的潜力。 第八章 结论与展望 本章对全书内容进行总结，并对K波段微波高光谱辐射计系统的未来研究方向进行展望。 研究成果总结： 回顾本书在理论、设计、实现和应用等方面的主要研究成果。 未来研究方向： 更宽的光谱范围与更高分辨率： 探索在K波段之外扩展高光谱分辨率的应用。 小型化、低功耗设计： 推动K波段高光谱辐射计在小型卫星或无人机平台上的应用。 智能化与自适应处理： 发展能够实时自适应调整观测模式和处理策略的智能系统。 多源数据融合： 结合其他遥感手段（如光学、红外）和地面观测数据，提高反演精度。 新兴反演应用： 探索K波段高光谱辐射计在新的科学问题中的应用潜力。 参考文献 [此处列出本书引用的相关学术文献]

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这本书的封面设计倒是挺引人注目的，用了一种比较沉稳的蓝色调，搭配着一些金属质感的线条，隐约能看到一些像是卫星或者仪器设备的轮廓。封面上“K波段微波高光谱辐射计系统研究”几个字，字体也比较简洁有力，给人一种专业、严谨的感觉。虽然我对于K波段、微波高光谱辐射计这些专业术语并不完全理解，但仅从书名和封面传递出的信息来看，这本书似乎在探讨一个非常具体和前沿的科学技术领域。我猜想，里面可能包含了不少关于大气遥感、气候监测、甚至是一些更深层次的地球科学研究的内容。这种对特定技术系统进行深入研究的书籍，往往能为专业人士提供宝贵的知识财富，也可能为初学者打开一扇了解尖端科技的大门。我很好奇，书中的内容是否会涉及到具体的仪器设计原理、数据处理算法、或者实际的应用案例。也许它会从K波段的电磁特性讲起，逐步深入到高光谱辐射计的工作机制，最后再探讨其在各种科学研究和实际应用中的潜力。对于我这样非专业人士来说，虽然理解起来会有一定的门槛，但这种深入探索未知领域的书籍，本身就具有一种独特的吸引力，让我对它充满期待。

评分☆☆☆☆☆

我拿到这本书的时候，第一感觉是它“厚重”且“扎实”。书页的纸张质量相当不错，摸起来有种细致的触感，而且油墨印刷清晰，文字的排版也十分规整，没有任何模糊或重叠的痕迹。封面的设计语言相对内敛，没有过多的装饰，而是选择了用一种象征性的图案来暗示其专业性。这让我联想到那些在实验室里埋头苦干的科学家们，他们通常不追求花哨的外表，而是更注重内在的品质和内容的深度。我推测这本书的内容一定经过了严谨的审校和反复的推敲，每一个字、每一个公式、每一个图表都承载着研究者的心血。也许书中会包含大量的数学推导、物理原理的阐述，以及对实验数据的详细分析。对于普通读者而言，这可能是一次挑战，需要投入相当的时间和精力去理解。但对于那些在相关领域深耕的专业人士来说，这本书无疑是一本不可多得的参考资料，能够帮助他们梳理知识脉络，解决实际问题，甚至激发新的研究思路。它就像一位沉默而睿智的长者，静静地等待着那些有心人来与它进行深入的对话。

评分☆☆☆☆☆

当我翻开这本书，映入眼帘的是一系列精密而复杂的图表和数据。我不是这个领域的专家，所以很多专业术语和公式对我来说如同天书。但是，即便如此，我依然能感受到其中蕴含的严谨性和科学性。书中大量的图示，如雷达波束示意图、光谱曲线图、以及各种模型输出的影像，都以一种视觉化的方式呈现了复杂的数据和原理。这表明作者在力求将抽象的概念具象化，试图让读者更容易理解。虽然我无法完全领会其深层含义，但我能想象到，在这些图表和数据背后，是多少次实验的验证，多少组数据的采集和分析。这本书似乎在用一种近乎“数据驱动”的方式来构建其论证体系，注重实际观测和量化分析。这与那些更侧重理论探讨的书籍有所不同，它更像是一本“实践指南”或者“工程手册”，为读者提供了一种解决实际问题的路径。我个人比较欣赏这种基于证据和量化的研究方法，它让整个研究过程显得更加可靠和有说服力。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的语言风格非常“学术化”。当你阅读时，会遇到很多专业名词，而且句子结构也倾向于严谨和规范，很少有文学性的修辞或者口语化的表达。这充分体现了它作为一本学术专著的定位。我猜想，这本书的目标读者群体主要是高校的科研人员、研究生，或者是在相关行业工作的工程师。他们能够快速理解并消化这些专业信息，因为这是他们日常工作和学习的一部分。对于我这样一个普通读者来说，阅读这本书更像是一次“认知挑战”。我需要不断地查阅资料，或者反复琢磨某些段落，才能勉强跟上作者的思路。然而，也正是在这种挑战中，我能感受到知识的边界在悄然拓展。作者在论述某个技术细节时，可能会引用大量的参考文献，这本身就说明了研究的深度和广度，也为读者提供了进一步探索的线索。这本书虽然对我而言阅读门槛较高，但它所代表的那种对技术细节孜孜不倦的追求和严谨的研究精神，却让我心生敬意。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排似乎很有条理，从宏观的概念介绍，到具体的系统设计，再到数据的处理和应用，层层递进。我能够感受到作者在组织内容时，是有清晰的逻辑框架的。虽然我无法完全理解每一个技术细节，但我可以大致推断出，这本书涵盖了一个完整的K波段微波高光谱辐射计系统的研究过程。它可能不仅仅是介绍这个系统是什么，更是深入探讨了“如何研究”、“如何设计”、“如何实现”以及“如何应用”等一系列问题。这种系统性的研究方法，对于任何一个想要深入了解某个技术领域的读者来说，都是非常宝贵的。它提供了一个全面的视角，让读者能够从不同的维度去认识和理解这个复杂的系统。我猜测，书中可能还包含了一些前沿性的观点或者未解决的问题，这使得这本书不仅具有知识传授的功能，也可能激发读者进行更深入的思考和进一步的研究。它就像一座知识的宝库，等待着有心人去发掘其中的财富。