Mathematical and Physical Modelling of Microwave Scattering and Polarimetric Remote Sensing pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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作者:Kozlov, A. I.; Ligthart, L. P.; Logvin, A. I.

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页数:436

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isbn号码:9781402001222

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遥感科学前沿：从理论基础到实际应用 图书名称： 遥感科学前沿：从理论基础到实际应用 作者： 杰出学者团队 出版社： 经典科学出版社 出版日期： 2024年秋季 --- 内容概述 本书是一部全面而深入的遥感科学专著，旨在为读者提供一个从基础物理原理到前沿应用技术的广阔视野。全书结构严谨，内容涵盖了电磁波与物质相互作用的微观机制，到复杂地球系统观测的宏观决策支持。本书不仅致力于梳理经典理论，更侧重于介绍近年来在遥感数据获取、处理、分析及应用领域取得的突破性进展，特别是人工智能与遥感深度融合带来的变革。 本书适合高等院校遥感、地理信息科学、地球物理学、大气科学、海洋科学等相关专业的本科生、研究生以及一线科研人员和行业工程师阅读。它力求在保持科学严谨性的同时，确保内容的可读性和实践指导价值。 --- 第一部分：遥感基础与电磁波理论（共五章） 本部分奠定了理解所有遥感系统的理论基石，重点阐述了电磁波在不同介质中的传播特性以及能量与目标物体的相互作用机理。 第一章：遥感导论与历史沿革 本章首先界定了遥感（Remote Sensing）的定义、基本组成要素（能量源、传播媒介、目标物、传感器、数据处理与应用）和工作流程。随后，追溯了遥感技术从早期的航空摄影到现代多源卫星系统的发展脉络。特别关注了遥感在环境监测、资源评估和灾害预警中扮演的关键角色，并讨论了当前全球遥感数据共享的趋势和挑战。本章还引入了遥感图像的分类体系，如主动与被动遥感、光学与微波遥感等。 第二章：电磁波理论基础 深入探讨了电磁辐射的物理本质，包括麦克斯韦方程组的简化形式及其在遥感环境中的应用。重点解析了电磁波的性质，如波长、频率、能量、偏振态（包括琼斯矢量和功率转移矩阵的概念）。为后续章节中对不同波段（可见光、红外、微波）的分析提供坚实的数学工具。 第三章：大气对电磁波的辐射与传输 大气是电磁波传播过程中不可避免的干扰源。本章详细研究了大气对遥感信号的影响，包括气体（如水汽、氧气、二氧化碳）的选择性吸收谱线、散射效应（瑞利散射、米氏散射）及其对遥感信噪比的影响。本章包含大气校正模型的建立与应用，例如MODTRAN模型的基本原理，以及如何通过物理模型和统计模型消除大气对地表反射率或亮温测量的偏差。 第四章：辐射测量与传感器原理 本章聚焦于辐射测量学，定义了辐射亮度、辐亮度、辐射通量密度等核心概念，并阐述了传感器获取的信号与地物真实辐射特性之间的转换关系。详细介绍了几何定标、辐射定标（绝对定标与相对定标）的流程和方法。针对扫描仪、推扫器等成像方式，深入分析了其空间、光谱和辐射分辨率的来源及其对最终数据质量的制约。 第五章：目标散射理论导论 引入了目标物与电磁波相互作用的微观物理模型。阐述了朗伯定律、菲涅尔反射系数等经典概念。为微波遥感做铺垫，本章初步介绍了后向散射截面（Backscattering Cross Section）的概念，并简要讨论了均匀表面和粗糙表面的散射特性。 --- 第二部分：多源遥感数据获取与处理（共六章） 本部分侧重于现代遥感技术的实现细节，特别是光学、热红外和微波传感器的独特工作原理、数据特征及其预处理流程。 第六章：光学与高光谱遥感系统 详述了可见光（VNIR）和短波红外（SWIR）遥感器的设计原理，强调了超光谱成像在精细物质光谱识别中的优势。本章深入探讨了高光谱数据的“维度灾难”问题，并介绍了维度约减技术，如最小噪声离散变换（MNF）和主成分分析（PCA）在信息分离中的应用。同时，讲解了光学影像的几何校正、正射纠正和辐射归一化技术。 第七章：热红外遥感与温度反演 聚焦于中波和长波红外波段，基于普朗克定律和斯蒂芬-玻尔兹曼定律，详细分析了地表热辐射的特性。本章重点讲解了地表温度（LST）的反演方法，包括单通道法（如大气校正法、劈缝法）和多通道法（如Ts-MVC法），并讨论了地表发射率的准确估算对温度精度的影响。 第八章：雷达遥感（SAR）物理基础 作为主动遥感的核心，本章系统阐述了合成孔径雷达（SAR）的工作原理，包括脉冲发射、回波接收、距离向和方位向压缩。详细解析了后向散射系数 $sigma^0$ 的物理意义，以及它如何响应地物的几何结构（粗糙度、倾角）和介电常数。 第九章：SAR成像机制与几何特性 深入分析了SAR特有的成像几何畸变，如叠掩（Layover）、阴影（Shadow）和缩短（Foreshortening）。阐述了提高空间分辨率的合成孔径原理，以及多基线干涉测量（InSAR）用于形变监测的基本流程（如DInSAR技术中的相位解缠和轨道误差校正）。 第十十章：微波辐射遥感 本章关注被动微波遥感，基于亮温（Brightness Temperature, Tb）的概念，分析了大气、海洋和陆表介质的微波辐射特性。重点介绍了对流层水汽反演、海面风速测定以及土壤湿度遥感的微波模型，包括欧姆定律对介电常数的影响。 第十一章：多源数据融合与数据预处理 探讨了如何整合不同传感器（如光学与SAR、高光谱与LiDAR）获取的数据。本章提供了先进的配准技术（几何融合）和信息增强技术（特征级和决策级融合），以克服单一数据源的局限性，提取更全面的地物信息。 --- 第三部分：高级分析、建模与前沿应用（共五章） 本部分将理论与数据处理技术提升至模型构建和实际问题解决层面，特别关注机器学习在遥感中的集成应用。 第十二章：地物分类与特征提取的高级方法 超越传统的最大似然分类，本章深入探讨了面向大规模、高维遥感数据的先进分类算法。详细介绍了面向对象（OBIA）方法的优势，以及支持向量机（SVM）、随机森林（RF）等经典机器学习分类器的应用与参数优化。重点讨论了如何利用时序遥感数据进行土地利用动态变化的高效识别。 第十三章：深度学习在遥感图像分析中的应用 这是本书的前沿核心章节之一。系统介绍了卷积神经网络（CNN）在遥感影像分类、目标检测和语义分割中的架构设计。重点剖析了U-Net、Mask R-CNN等在像素级和实例级分类任务中的优化策略。讨论了深度学习模型在处理小目标识别、复杂场景解译中的挑战和解决方案。 第十四章：环境过程的遥感模型构建 本章侧重于利用遥感数据驱动或参数化的物理模型来模拟地球系统的过程。涵盖了植被指数（如NDVI, EVI）与叶面积指数（LAI）、叶片生物物理参数的反演模型。详细介绍了能量平衡模型（如SEBS）在蒸散发估算中的应用，以及碳循环遥感监测的关键技术。 第十五章：灾害监测与应急响应的遥感集成 探讨了遥感在重大自然灾害（地震、洪水、火灾、滑坡）中的快速响应机制。重点分析了灾前基线数据、灾中快速成像与解译（如SAR对洪水淹没区域的快速提取）以及灾后损失评估的量化方法。讨论了基于云平台的实时数据处理流程和预警系统构建。 第十六章：遥感数据的质量评估与不确定性分析 强调科学研究的严谨性，本章专门论述了遥感产品质量的量化评估方法。介绍了精度评估指标（Kappa系数、F1分数、平均交并比IoU等）。更重要的是，系统讲解了如何对遥感反演参数进行不确定性传播分析，包括输入误差对最终产品可靠性的影响，为遥感应用的决策提供科学依据。 --- 附录 附录 A： 常用遥感数据格式与元数据标准（如GeoTIFF, HDF, NetCDF） 附录 B： 常用遥感数据处理软件与库的介绍（开源与商业软件对比） 附录 C： 常用物理常数与单位换算表 --- 结语 本书的编写历时数年，汇集了多学科专家的心血。我们期望它不仅是一本教科书，更是一座连接基础科学与前沿应用的桥梁，激励下一代遥感科学家和工程师，利用观测的“天眼”洞察地球的未来。

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在偶然的机会下，我瞥见了这本《Mathematical and Physical Modelling of Microwave Scattering and Polarimetric Remote Sensing》的书名，立刻就被其中的“ Modelling”和“Polarimetric”这两个词所吸引。我一直认为，科学研究的本质就是建立模型来理解和预测自然现象，而微波散射和极化遥感，无疑是其中极具挑战性和前沿性的领域。我脑海中浮现出一个场景：作者们是如何将抽象的物理过程，例如电磁波与粗糙表面、介质内部的复杂相互作用，转化为能够被计算机处理和分析的数学方程的？而极化信息，更是为我们提供了一个全新的维度来解读地物，它如同给微波遥感装上了一双“慧眼”，能够区分出不同形状、不同取向的物体，甚至识别出微观结构。我设想着，这本书或许会详细介绍各种经典的散射模型，比如简化的菲涅尔反射模型、更复杂的基尔霍夫近似、蒙特卡罗模拟等等，并且深入探讨它们各自的适用范围和局限性。同时，关于极化参数的定义、测量、以及如何利用极化信息反演出地物的介电常数、粗糙度、甚至生物物理参数（如叶面积指数、生物量等），也应该会是本书的重点。总而言之，我期待这本书能够提供一套详尽而深入的建模方法论，帮助我们更好地理解和利用微波遥感数据，从而解决更广泛的地球科学问题。

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从书名《Mathematical and Physical Modelling of Microwave Scattering and Polarimetric Remote Sensing》来看，这绝对是一本学术性极强的著作。我立刻联想到，在进行微波遥感数据分析时，仅仅知道理论是不够的，关键在于如何将理论转化为可操作的模型。这本书的“Modelling”二字，让我预感到它将深入探讨各种数学模型在描述微波与地物相互作用过程中的作用。我猜想，书中会详细介绍如何从物理过程出发，建立能够定量描述地表、植被、水体等不同目标与微波相互作用的数学方程。而“Scattering”则表明了书中核心内容之一是微波的散射机制。这包括了瑞利散射、米氏散射，以及更复杂的几何光学近似和波动理论的应用。我尤其对“Polarimetric”部分感到兴趣，这意味着本书将不仅仅局限于散射的强度，更会关注散射体对电磁波极化状态的影响。这无疑为地物参数的反演提供了更多维度和信息。我期待书中能详细阐述各种极化参数（如斯托克斯参量、琼斯矩阵、穆勒矩阵）的物理意义，以及如何利用这些参数来区分地物的结构、成分和取向。总而言之，我希望这本书能够提供一套系统性的建模工具箱，让我能够更深入地理解微波遥感背后的物理机制，并将其应用于实际的地物参数反演和信息提取中。

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当我看到《Mathematical and Physical Modelling of Microwave Scattering and Polarimetric Remote Sensing》这个书名时，我的思绪便开始在两个截然不同的领域间跳跃：一个是微观的电磁波与物质的相互作用，另一个则是宏观的地表遥感应用。我很好奇，这本书究竟是如何将这两者严谨地联系起来的？我猜想，它一定是从最基本的麦克斯韦方程组开始，逐步推导出描述微波在不同介质中散射的物理模型。这其中涉及到复杂的数学推导，例如向量微积分、傅里叶变换、以及各种近似方法。然后，作者们会将这些物理模型与实际的遥感数据进行对接，探讨如何通过观测到的散射强度和极化衰减来反演地物的物理参数。我特别好奇“Polarimetric”这个词所暗示的内容，它意味着本书将不仅仅关注散射的强度，更会深入研究散射体对电磁波极化状态的影响。这就像是给物体做一次“极光体检”，通过观察它如何改变电磁波的“偏振方向”，来揭示它的内在特性。我期待书中能够有具体的案例分析，展示如何利用极化信息区分森林、农田、水体、甚至是不同类型的土壤。这本书是否能为我提供一个清晰的路径，让我从理解微波散射的基本原理，一步步走向如何利用极化遥感解决具体的科学问题，这将是我阅读的最大期待。

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这本书的书名《Mathematical and Physical Modelling of Microwave Scattering and Polarimetric Remote Sensing》光是听起来就带着一股严谨的科学气质。我脑海中勾勒出一幅画面：作者们是如何将宏观的遥感观测，与微观的电磁波与物质相互作用紧密结合的。我猜想，本书的开篇很可能会从基础的电磁波理论和散射理论讲起，为我们铺垫坚实的理论基础。然后，会深入探讨各种物理模型，比如如何模拟微波在粗糙地表、植被冠层、以及水体中的散射过程。我尤其对“Polarimetric”这个词感到好奇，它暗示着本书会超越简单的散射强度分析，转而关注电磁波极化状态的变化。这就像是给微波遥感增加了一层“彩色滤镜”，能够揭示出地物更深层次的物理属性。我期待书中能够有详细的数学推导，清晰地解释如何建立从物理过程到数学模型的桥梁，以及如何利用这些模型来反演地物的介电常数、表面粗糙度、植被覆盖度等关键参数。我希望这本书能够为我提供一套完整的工具，让我能够理解微波遥感数据背后的物理意义，并能运用这些知识去解决实际的地球科学问题。

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这本书的封面设计就透露着一种严谨而深邃的气息，深蓝色的背景上，几条交错的曲线模拟着电磁波的传播轨迹，辅以精致的数学符号，瞬间就将人拉入了一个充满挑战但又引人入胜的科学世界。我一直对遥感技术在解决实际问题中的应用充满好奇，特别是微波遥感，因为它不受云雨等天气条件的影响，能够全天候地获取地表信息，这在气候变化监测、灾害预警、资源勘探等领域具有不可替代的作用。这本书的书名“Mathematical and Physical Modelling of Microwave Scattering and Polarimetric Remote Sensing”着实吸引了我。我脑海中构思着，这本书会如何细致地剖析微波与物质相互作用的物理原理，如何将复杂的散射现象转化为精确的数学模型，并通过极化信息来揭示地物的精细结构和组成。我期待它能提供一套系统性的理论框架，帮助我理解从基本的电磁波理论，到复杂的散射模型，再到如何利用极化信息反演地物参数的完整流程。我相信，如果这本书能够做到这一点，它将成为我探索微波遥感奥秘的得力助手，带领我一步步揭开被微波“看见”的世界的神秘面纱。它可能不仅仅是一本教科书，更像是一本引人深思的指南，教会我如何用科学的语言去“对话”地球。

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