Radar Cross Section, Second Edition pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:SciTech Publishing

作者:Eugene F. Knott

出品人:

页数:611

译者:

出版时间:2004-1-1

价格:USD 109.00

装帧:Paperback

isbn号码:9781891121258

丛书系列:

图书标签:

• Radar
• RCS
• Electromagnetics
• Antenna
• Scattering
• Defense
• Microwave
• Engineering
• Signal Processing
• Remote Sensing

《电磁散射与遥感基础》 概述 本书深入探讨了电磁波与物质相互作用的基本原理，重点关注散射现象在雷达系统、遥感技术以及材料科学等领域的应用。本书旨在为从事相关领域研究、开发和应用的技术人员、研究学者以及对电磁散射理论感兴趣的学生提供一个全面而深入的知识体系。我们将从基础的电磁理论出发，逐步引入散射的复杂性，并结合实际应用场景，展现散射理论的强大解释力和预测能力。 第一部分：电磁散射理论基础 第一章：麦克斯韦方程组与电磁波传播 麦克斯韦方程组回顾： 本章将首先简要回顾麦克斯韦方程组在时间和空间域的积分和微分形式。我们将强调其作为描述电磁场行为的根本定律的重要性，并解释其中的各个方程所代表的物理意义，包括电场、磁场、电位移和磁场强度之间的关系，以及电荷和电流的源效应。 均匀介质中的平面电磁波： 在此基础上，我们将推导并分析均匀、各向同性、无源介质中平面电磁波的传播特性。这包括波的表示方法（相位、振幅、方向）、波阻抗、传播速度以及波的偏振（线偏振、圆偏振、椭圆偏振）等基本概念。我们将讨论不同介质（如自由空间、介电质、导电介质）对电磁波传播的影响，以及损耗（如吸收和电阻损耗）的出现。 边界条件： 接着，我们将详细阐述电磁波在不同介质界面上的传播和反射。我们将严格推导并解释在理想导体、介电质界面上的切向电场和法向电位移的连续性条件，以及切向磁场和法向磁通量的连续性条件。这些边界条件是理解散射现象的关键。 复数表示法与向量分析： 为了方便处理时谐电磁场，我们将引入复数表示法，并简要回顾必要的向量分析工具，如梯度、散度、旋度和拉普拉斯算子，为后续的理论推导奠定数学基础。 第二章：散射理论的引入 散射体的定义与分类： 本章将正式引入散射体的概念，将其定义为与入射电磁波相互作用并改变其传播方向、频率或偏振的物体。我们将根据散射体的尺度（与波长之比）、形状（球形、非球形、任意形状）、材料性质（导体、电介质、磁性材料）以及数量（单体、多体）对其进行分类，以便于后续的分析。 散射场的概念： 我们将区分入射场、散射场和总场。散射场是指由散射体引起的、向各个方向辐射的电磁场。总场则是入射场与散射场的矢量和。理解散射场的性质是分析散射现象的核心。 散射截面： 本章将引入散射截面的概念，这是描述散射体散射能力的一个重要参数。我们将从能量守恒的角度出发，定义总散射截面，它代表了散射体有效拦截入射波能量并向各个方向散射的能力。我们将进一步介绍微分散射截面，它描述了在特定方向上散射的能量密度。 米氏散射理论（Mie Scattering Theory）： 对于尺寸与波长相当或稍大的球形散射体，我们将详细介绍米氏散射理论。这将包括使用矢量球面波展开法表示入射场和散射场，并推导散射系数。通过分析这些散射系数，我们将能够预测球形散射体的散射强度、方向性和偏振特性，并讨论其与粒子大小、折射率以及入射波频率的关系。我们将展示米氏散射图的典型形态，如散射主瓣和旁瓣。 瑞利散射理论（Rayleigh Scattering Theory）： 对于尺寸远小于入射波长的微小散射体，我们将介绍瑞利散射理论。我们将从偶极子辐射的角度出发，推导散射强度与波长四次方成反比的关系，并解释天空呈现蓝色的原因。我们将讨论瑞利散射在分子散射和微小粒子散射中的应用。 几何光学与物理光学近似： 对于尺寸远大于入射波长的散射体，我们将介绍几何光学和物理光学近似方法。几何光学近似基于惠更斯原理，将散射视为光的反射和折射。物理光学近似则将散射体表面视为局部平面，并利用菲涅尔方程计算反射和透射，进而积分得到总散射场。我们将讨论这两种近似方法的适用范围和局限性。 第二部分：散射体的建模与计算方法 第三章：数值计算方法 矩量法（Method of Moments, MoM）： 本章将详细介绍矩量法，这是一种广泛应用于求解积分方程的数值方法，特别适用于计算任意形状、任意尺寸散射体的散射特性。我们将解释如何将电磁场积分方程转化为一个齐次或非齐次的线性方程组，并通过求解该方程组来获得未知量的数值解（例如，表面电流或表面电荷密度）。我们将讨论MoM的基函数和测试函数的选择，以及由此带来的计算效率和精度问题。 有限元法（Finite Element Method, FEM）： 我们将介绍有限元法，它是一种基于微分方程的数值方法，特别适用于计算内部具有复杂结构或 inhomogeneous 介质的散射体。我们将解释如何将麦克斯韦方程组离散化为一系列代数方程，并通过求解这些方程来获得电磁场的数值解。我们将讨论FEM的单元划分、插值函数和边界条件的处理。 时域有限差分法（Finite-Difference Time-Domain, FDTD）： 本章还将介绍FDTD方法，这是一种直接在时域求解麦克斯韦方程组的数值方法。我们将解释如何将空间和时间离散化，并利用有限差分格式更新电场和磁场的值，从而模拟电磁波的传播和散射过程。我们将讨论FDTD的稳定性和精度要求，以及其在瞬态散射分析中的优势。 其他数值方法简介： 此外，我们还将简要介绍其他一些重要的数值方法，如有限边界法（Finite Boundary Method）、多极展开法（Multipole Expansion Method）等，并简要说明它们各自的特点和适用场景。 第四章：散射体的参数化建模 散射体的几何描述： 本章将讨论如何有效地描述散射体的几何形状，包括规则形状（球体、圆柱体、圆锥体、平板等）和不规则形状。我们将介绍点云、表面网格、体素等数据结构，以及如何从CAD模型转换为电磁仿真所需的几何表示。 材料属性的表示： 我们将讨论如何为散射体赋予精确的材料属性，包括介电常数、磁导率、电导率等。我们将区分理想介质、损耗介质、等离子体、磁性材料等，并讨论其在电磁散射过程中的影响。 复合散射体与多层结构： 本章还将涉及复合散射体和多层结构的建模，例如包含不同材料层的球体，或者由多个不同物体组成的集合体。我们将探讨如何将各个部分的电磁响应进行耦合和叠加，以获得整体的散射特性。 第三部分：散射的应用与分析 第五章：雷达散射截面（RCS）分析 RCS的定义与测量： 本章将聚焦于雷达系统中的核心概念——雷达散射截面（RCS）。我们将从物理意义上详细解释RCS，它描述了散射体将入射雷达波向特定方向散射回来的能力。我们将区分雷达截面与散射截面的区别，并讨论RCS的单位（dBsm）。我们将简要介绍RCS的测量方法和面临的挑战。 RCS的极化特性： 我们将深入分析RCS的极化特性。通过考察不同极化方式（如水平极化、垂直极化、圆极化）的入射波和散射波，我们将理解散射体的极化散射矩阵，并分析其对雷达探测和识别能力的影响。 RCS的频率特性： 我们将探讨RCS随频率变化的特性，即RCS谱。这将帮助我们理解不同频率的雷达对同一散射体的探测效果差异，以及如何利用频率特性进行目标识别。 RCS的形状与尺寸依赖性： 我们将结合第二部分介绍的建模和计算方法，分析散射体的几何形状和尺寸对RCS的影响。例如，我们将展示光滑表面、粗糙表面、尖锐边缘等几何特征如何影响散射场的分布。 RCS的优化与降低： 本章还将讨论如何通过改变散射体的形状、材料或表面涂层来优化或降低其RCS，这对于隐身技术的开发至关重要。我们将介绍一些典型的吸波材料和隐身外形设计原则。 第六章：遥感中的电磁散射 遥感的基本原理与雷达遥感： 本章将介绍遥感的基本原理，重点关注雷达遥感。我们将解释雷达是如何通过发射电磁波并接收地表或大气散射回来的信号来获取信息的。我们将区分主动遥感与被动遥感，以及微波遥感相对于光学遥感的优势。 地表散射模型： 我们将介绍地表散射的常用模型，包括表面散射模型（如Bragg散射模型、Kirchhoff模型）和体散射模型（用于描述植被、土壤等非均质体）。我们将讨论这些模型如何解释地表对雷达波的散射机制，以及影响散射强度的关键因素（如表面粗糙度、介电常数、几何结构）。 植被散射： 我们将详细讨论植被对微波信号的散射特性。我们将分析不同类型植被（如树木、农作物）的散射机制，包括叶片、树干、枝条的散射贡献，以及多重散射效应。我们将介绍用于模拟植被散射的常用模型（如Watercan、L-model）。 土壤和水体散射： 我们还将分析土壤和水体对微波信号的散射特性。我们将讨论土壤湿度、粗糙度、有机物含量等对土壤散射的影响，以及水体（如海洋、湖泊）的镜面反射和表面粗糙度（如海浪）对散射的影响。 大气散射： 本章还将涉及大气中的散射现象，特别是对雷达信号的影响。我们将讨论雨、雪、冰雹等降水粒子对微波的衰减和散射，以及如何利用这些效应进行降水监测和天气预报。 遥感应用实例： 最后，我们将列举一些遥感应用实例，如地表形变监测、农作物长势监测、地质勘探、海洋环境监测、灾害评估等，说明电磁散射理论在这些领域的关键作用。 第七章：散射理论在其他领域的应用 材料科学与无损检测： 本章将探讨散射理论在材料科学中的应用，例如利用散射技术研究材料的微观结构、缺陷以及相变。我们将介绍超声波散射、X射线散射等技术在材料分析中的作用。此外，我们还将讨论如何利用电磁散射原理进行材料的无损检测，例如检测金属件中的裂纹或非金属材料中的内部缺陷。 生物医学成像： 我们将简要介绍散射理论在生物医学成像中的应用。例如，光散射断层扫描（Optical Coherence Tomography, OCT）利用光波在组织中的散射来获取高分辨率的断层图像。我们还将简要提及利用声波散射进行医学诊断的可能性。 通信系统： 在通信领域，散射现象也会影响信号的传输。例如，多径效应就是一种由散射引起的传播失真。我们将讨论如何理解和补偿由散射带来的信道衰落和信号失真。 光学散射与粒径测量： 本章还将回顾光学散射在粒径测量中的应用。例如，激光粒度仪利用光的米氏散射原理来测量微粒的尺寸分布。 结论 通过对电磁散射理论基础、数值计算方法、RCS分析以及遥感应用等方面的深入探讨，本书旨在为读者提供一个系统、全面的知识框架。电磁散射是一个充满挑战但又极富价值的研究领域，它不仅是理解电磁波与物质相互作用的关键，更是众多高科技应用的基础。我们希望本书能够激发读者对该领域更深入的探索，并为相关研究和实际应用提供有力的支持。

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