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出版者:

作者:Stimson, George

出品人:

页数:584

译者:

出版时间:1998-1

价格:$ 168.37

装帧:

isbn号码:9781891121012

丛书系列:

图书标签:

• 雷达
• 空载雷达
• 遥感
• 信号处理
• 电磁波
• 天线
• 目标探测
• 雷达系统
• 微波技术
• 雷达原理

《空间光学成像系统设计与应用》 导言 本书旨在为光学工程、遥感科学、航空航天技术等领域的专业人士和高年级学生提供一本全面、深入的指南，专注于现代空间光学成像系统的设计、建模、分析与实际应用。随着对地球观测、军事侦察、天文探索以及深空探测需求的日益增长，高分辨率、高灵敏度、多谱段的光学成像系统已成为获取关键信息的基石。本书将系统性地阐述从基础的光学原理到复杂系统的集成与测试的全过程，强调理论与工程实践的紧密结合。 第一部分：空间光学成像系统的基础理论 第一章：电磁波与辐射传输基础 本章首先回顾电磁波在空间环境中的传播特性，重点讨论大气对可见光、近红外、短波红外乃至热红外波段的吸收、散射和湍流效应。详细介绍了辐射度量学、光度学及其在遥感领域的量化标准（如辐射亮度、辐亮度、反射率、发射率的定义与相互转换）。深入分析了目标物体（地物、大气现象）的辐射特性模型，包括朗伯体、非朗伯体表面散射模型的建立，以及大气辐射传输的求解方法，如MODTRAN和DISORT模型的基本原理。 第二章：光学成像系统的基本组成与性能指标 本章详细剖析了空间光学成像系统的核心组件：物镜系统、焦平面探测器阵列和稳定平台。对折射式、反射式（如施密特-屈光式、卡塞格林式）物镜的设计原则进行对比分析，重点讨论了离轴非球面设计在实现大视场和小畸变目标中的应用。性能指标方面，本书详述了空间分辨率、角分辨率、调制传递函数（MTF）、噪声等效温度差（NETD）和信噪比（SNR）的物理含义、相互制约关系以及如何通过系统预算（System Budget）进行优化。 第三章：几何光学与像差理论 本章是光学系统设计的核心。从惠更斯原理出发，推导了系统的光线追迹方程。系统性地阐述了五种主要几何像差（球差、彗差、像散、场曲、畸变）的形成机理和量化表达式。随后，引入了基于波像差函数（如Zernike多项式）的评价方法，重点讲解如何利用均方根（RMS）波前误差和瑞利判据来评估和控制像差，特别是对于需要极高分辨率的紫外和可见光系统。 第二部分：探测器技术与系统集成 第四章：空间遥感探测器技术 本章深入探讨了CCD、CMOS以及红外焦平面探测器（如InSb, MCT, QWIP）的工作原理。详细分析了光电转换效率（QE）、读出噪声、暗电流、饱和容量等关键参数对系统性能的制约。针对不同波段，重点介绍了电荷转移机制、像素结构设计（如微透镜阵列）以及噪声抑制技术（如相关双采样CDS）。此外，探讨了超导纳米线单光子探测器（SNSPD）在未来高灵敏度应用中的潜力。 第五章：系统噪声分析与信噪比优化 噪声是限制系统探测能力的根本因素。本章构建了全面的系统噪声模型，包括散粒噪声（光子散粒噪声、暗电流散粒噪声）、系统性噪声（读出噪声、电子学噪声）和环境噪声。通过建立噪声等效功率（NEP）预算，详细推导了信噪比（SNR）的表达式，并针对不同工作模式（如低照度、高帧率）提出了具体的降噪和增益优化策略，包括空间域滤波和时间域积分技术。 第六章：热控、结构与姿态控制系统集成 空间光学载荷必须在极端温度变化和振动环境下保持光学元件的精确相对位置。本章讨论了空间光学系统的热设计，包括被动热控（多层隔热、热沉设计）和主动热控（加热器、斯特林循环制冷机在深冷红外探测器中的应用）。结构设计方面，重点分析了变焦、热胀冷缩引起的像移和像散问题，并介绍了超低膨胀材料（如Zerodur, ULE）的应用。最后，阐述了高精度指向和稳定平台（如反应轮、磁力矩器）对消除平台运动误差、提高成像质量的作用。 第三部分：高级成像技术与数据处理 第七章：多光谱与高光谱成像原理 本章阐述了多光谱（MSS）和高光谱（HIS）成像技术在环境监测和资源普查中的关键作用。详细比较了滤波轮式、推扫式（Whiskbroom/Pushbroom）和成像光谱仪的原理、优缺点及适用场景。对于高光谱数据，重点讨论了“维度灾难”问题，介绍了数据立方体的构建、辐射定标流程以及关键的波段选择算法和波谱解混技术。 第八章：相控阵与自适应光学系统 为了对抗大气湍流对地面观测系统的影响以及校正自身光学系统的像差，自适应光学（AO）技术至关重要。本章详细介绍了波前传感器（如Shack-Hartmann）、波前校正器（如变形镜、微机电系统MOEMS）的工作原理。同时，对相控阵理论在电磁波（雷达）领域之外，如何通过光学相控阵（Optical Phased Arrays）实现快速、无机械运动的光束指向和调制进行了前沿探讨。 第九章：图像处理与几何精校正 成像系统获取的原始数据需要经过严格的辐射定标和几何校正才能转化为可用的地理信息产品。本章系统介绍了辐射定标流程，包括绝对定标和相对定标，以及如何利用标定场和星点进行传感器参数的准确获取。几何校正部分，重点讲解了传感器模型（如RPC模型）的应用、地面控制点（GCP）的使用、以及立体像对的后方交会与前方交会，以实现高精度的空间定位和三维重建。 第四部分：系统工程与未来趋势 第十章：空间光学任务的系统工程与验证 本书的最后一部分关注于将设计转化为可操作的工程项目。讨论了概念设计、初步设计、关键技术验证（TRL提升）和在轨性能验证的完整流程。强调了“自上而下”的系统需求分解和“自下而上”的误差传递分析方法。详细介绍了地面光学地面支持设备（OGSE）的搭建、集成与测试（I&T）的规范，特别是针对空间环境的真空、振动和热真空测试方案。 第十一章：前沿研究方向与展望 本章探讨了未来空间光学成像技术的发展趋势，包括超高分辨率（如合成孔径光学成像）、超轻量化结构（如薄膜光学、刚性可展开镜技术）、量子信息技术在成像中的融合（如鬼成像、量子密钥分发）以及人工智能在遥感数据解译中的深度应用。 总结 《空间光学成像系统设计与应用》力求成为一本兼具严谨学术深度和实用工程指导价值的参考书，帮助读者掌握设计、分析和部署下一代高精度空间光学系统的核心能力。

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这本书的组织结构实在让人有些摸不着头脑，它似乎试图涵盖太多的领域，结果哪个部分都没有讲透。比如，关于电子对抗（ECM）和电子反反制（ECCM）的章节，我本来以为会详细介绍现代雷达如何应对干扰，以及如何设计抗干扰措施。结果，作者只是用寥寥数页的篇幅概括了主要的干扰类型，并没有深入探讨诸如频率捷变、波束控制等关键技术细节。接着，叙事风格又突然转向了航空平台的设计对雷达系统性能的影响，这部分内容更像是航空动力学的简述，而非雷达系统集成层面的讨论。我尤其失望的是，书中几乎没有提到任何关于雷达信号处理中的机器学习或深度学习的应用，这在当今的雷达技术发展中已是不可或缺的一环。读完整本书，我感觉像是游览了一个庞大的雷达技术“博物馆”，看到了许多展品，但每个展品前的介绍牌都写得模糊不清，让人无法真正领会其内在的精妙之处。如果作者能聚焦于一到两个核心领域，做深层次的挖掘，这本书的价值会大大提升。

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从语言风格上讲，这本书的行文极其学术化，充满了晦涩的专业术语和冗长的从句，对于非英语母语的读者来说，阅读体验无疑是巨大的挑战。很多关键概念的解释都需要反复研读才能勉强理解其精确的含义。比如，对于“杂波抑制比”的定义，书中用了至少三句话来描述，每句话都引入了不同的限定条件，导致最终的理解反而更加混乱。我更倾向于那种结构清晰、用词精准、能够用最简洁的语言描述复杂物理现象的教材。这本书更像是作者对自己研究生涯的记录和总结，而不是一本面向更广泛工程师群体的教学用书。它似乎假设读者已经对雷达系统的方方面面都有了深入的预先认知，否则很难跟上作者跳跃性的思维和论述节奏。读完一章，我常常感到的是一种智力上的疲惫，而不是知识获取后的满足感。

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这本书在历史回顾方面做得倒是颇为详尽，它花费了大量的篇幅来追溯二战时期和冷战初期雷达技术的发展脉络，详细描述了各个关键历史节点的突破性进展，比如从机械扫描阵列到相控阵技术的演变过程。如果你的兴趣点在于雷达技术的“编年史”，那么这本书无疑提供了丰富的历史背景资料，引用了不少早期的经典论文和专利信息，这在某些方面确实有助于理解我们今天所处的技术起点。然而，这种过度侧重历史的倾向，反而牺牲了对当前主流技术栈的深入剖析。例如，对于现代机载预警系统（AEW&C）所采用的有源电子扫描阵列（AESA）雷达，书中提及甚少，更没有探讨AESA相对于无源（PESA）系统的性能飞跃究竟体现在哪些具体的指标上，也没有分析其在软件定义雷达（SDR）架构下的未来发展趋势。总而言之，这本书更像是一部“旧时王谢堂前燕”，带着浓厚的时代印记，却未能充分反映出近二十年来雷达技术日新月异的飞速发展。

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这本书的封面设计非常引人注目，简洁的深蓝色背景上点缀着几道流线型的白色线条，仿佛雷达波束在夜空中穿梭，立刻就让人对“空中雷达”这个主题产生了浓厚的兴趣。我特地找来这本书，是想深入了解现代雷达技术在航空领域是如何应用的，特别是那些关于目标探测、跟踪以及数据处理的复杂算法。然而，当我翻开第一章时，却发现内容更侧重于雷达的基本物理原理，比如电磁波的传播特性、多普勒效应的数学推导，以及各种天线阵列的几何布局分析。这些基础知识固然重要，但对于一个已经有一定射频工程背景的读者来说，显得有些过于基础和冗长。我期待看到更多关于合成孔径雷达（SAR）图像重建的实际案例，或者脉冲多普勒雷达在复杂地杂波抑制方面的最新突破。书中对这些尖端应用只是浅尝辄止地提了一笔，然后迅速转回了更偏向理论性的介绍。整体来看，这本书更像是一本面向初学者的科普读物，而不是一本能指导工程师解决实际工程问题的参考手册，深度上与我预期的还有一段距离。

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坦白说，我发现这本书在实际操作和代码实现方面几乎是空白的。作为一个希望通过阅读来验证理论并尝试搭建简单仿真模型的读者，我发现书中提供的数学公式虽然严谨，但缺乏将这些公式转化为可执行代码的桥梁。例如，当作者介绍卡尔曼滤波用于目标跟踪时，他给出了详尽的状态转移方程和观测方程，但对于如何初始化滤波器、如何处理测量噪声协方差矩阵 $mathbf{R}$ 的实际取值范围，以及如何迭代求解，这些“落地”的细节完全没有涉及。我不得不转而去查阅其他资源，比如Matlab或Python的参考手册，才能将书中的理论付诸实践。这本书的图表质量也参差不齐，有些示意图非常清晰有力，但有些复杂的系统框图却显得陈旧且分辨率很低，看得人眼睛生疼，让人不禁怀疑这套书的出版校对是否到位，或者它是否是多年前的内容被简单地修订后再次印刷。

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