20世紀50年代提出的合成孔徑雷達( Syn t he t i c Ape r t ur e Rada r,SAR)是一種能夠全天時、全天候工作的主動微波成像雷達。它通過距離 向脈沖壓縮和方位向孔徑合成實現(xiàn)二維高分辨率成像,分辨率可達厘米 級。隨著微波成像雷達載荷和平臺技術(shù)的迅速發(fā)展,大量的SAR圖像數(shù) 據(jù)被獲取,微波成像雷達技術(shù)也已成為一項比較成熟的技術(shù)。目前,高分 辨率SAR圖像已被廣泛應用于軍事偵察、地形測繪、災害監(jiān)測、環(huán)境監(jiān) 控、國土勘測、資源普查、海況監(jiān)視、海岸監(jiān)測、大氣探測、空間探測、星球 探測等,以及軍事、陸地、海洋和空間的各個方面。 為了更好地實現(xiàn)SAR圖像的應用,必須深入研究SAR圖像噪聲抑制、目標檢測、分類與識別等處理方法,而SAR圖像的統(tǒng)計特性義是SAR 圖像處理和應用的基礎。SAR圖像是SAR對目標場景的一次觀測,或者 視為觀測量的一個樣本。因此,必須利用隨機過程理論等課程給出的 隨機信號分析工具對SAR圖像的統(tǒng)計特性進行分析。而SAR圖像是目 標散射特性通過微波成像雷達系統(tǒng)的獲取和成像處理之后的輸出,其統(tǒng) 計特性歸根結(jié)底取決于目標場景、微波成像雷達系統(tǒng)和成像處理器的共 同作用。因此,為了更逼真、更精確地得到微波成像雷達圖像的統(tǒng)計特 性,必須從分析目標回波信號統(tǒng)計特性及通過微波成像雷達獲取和成像 處理后的統(tǒng)計特性變化入手。 與確定性信號分析不同,隨機信號只能分析其在樣本空間上表現(xiàn)出 來的有規(guī)律的群體特性,即統(tǒng)計特性。由于隨機信號的許多統(tǒng)計特性不 能像確定性信號的取值那樣被直接觀察和形象描述,因此通常難以理解。 另外,研究統(tǒng)計特性的數(shù)學工具也比較有限,從而導致SAR圖像統(tǒng)計特 性雖然被廣泛應用,但是關(guān)于其如何被分析和推導的研究卻相對較少。 本書作者長期從事微波成像雷達系統(tǒng)的性能分析、成像處理、圖像處 理和應用等方面的研究工作以及概率論隨機過程理論等隨機信號分 析相關(guān)課程的教學工作。本書是作者將多年來的科研成果與教學經(jīng)驗相 融合編寫而成的,結(jié)合微波成像雷達系統(tǒng)獲取、處理和應用3個環(huán)節(jié),分 析了中頻回波信號、視頻回波信號、圖像信號、干涉信號等信號的統(tǒng)計特性;利用隨機過程對信號進行建模,應用窄帶過程、高斯過程、白噪聲過程 等概念以及隨機過程通過線性系統(tǒng)等理論,深入淺出地推導了這4種信號的統(tǒng)計特性,并且給出了統(tǒng)計特性在實際圖像處理中的應用。 本書以學習與思考相結(jié)合、知識與情景相結(jié)合、理論與實際相結(jié)合 為理念,注重問題的分析、知識的應用和概念的理解。具體來說,就是在本書的編寫過程中力求做到:精準、簡練、新穎和系統(tǒng)。 ( 1) 精準。本書給出的微波成像雷達機理和模型均來源于最經(jīng)典的 描述,并且已經(jīng)在實際工程項目中得到了驗證。微波成像雷達系統(tǒng)的數(shù) 學模型真實地反映了實際工程中的物理工作機理和過程,微波成像雷達 信號統(tǒng)計特性的推導結(jié)果也利用真實數(shù)據(jù)進行了驗證。同時,第3~6章 后面都給出了相應的仿真結(jié)果,驗證了理論分析的正確性。 ( 2) 簡練。本書在微波成像雷達系統(tǒng)的建模過程中,通過集中解決主 要問題和問題的主要矛盾,給出了簡化而又準確的系統(tǒng)模型。應用隨機 過程理論知識進行分析的過程中,也采用通俗易懂的最簡模型。第1章 高度凝練地給出了隨機過程的基本概念,第2章給出了微波成像雷達最 基本的系統(tǒng)模型,每一章的開始都給出了本章統(tǒng)計特性分析所需的隨機 過程理論基礎知識,力求深入淺出。 ( 3) 新穎。本書的內(nèi)容主要來自微波成像雷達技術(shù)領(lǐng)域中的前沿課 題,有些內(nèi)容來源于作者近年來取得的研究成果。同時,在內(nèi)容的編排 上,從隨機過程的基本知識出發(fā),到微波成像雷達信號統(tǒng)計特性的推導, 再到雷達信號統(tǒng)計特性在圖像處理中的應用,不僅有助于讀者掌握信號 統(tǒng)計特性的推導過程,而且也便于讀者理解隨機過程理論的基本概念,明 確統(tǒng)計特性在實際中的應用。 ( 4)系統(tǒng)。本書利用隨機過程理論對微波成像雷達從獲取、成像處理 到圖像應用完整鏈條上的每一步信號的統(tǒng)計特性進行了分析。第2章給 出了微波成像雷達的系統(tǒng)模型,第3~6章針對微波雷達地面場景、回波 獲取、成像處理、干涉處理等各環(huán)節(jié)的信號統(tǒng)計特性進行了分析,所有章 節(jié)內(nèi)容結(jié)合在一起構(gòu)成了微波成像雷達圖像統(tǒng)計特性的完整分析過程。 本書可供通信、雷達等相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員參考,作為其在微波 成像雷達獲取、處理和應用等各階段中的信號統(tǒng)計特性的學習資料;同時 也可作為普通高等院校相關(guān)專業(yè)的本科生、研究生學習隨機過程理論的 教學參考用書,或者作為專業(yè)研討課的教材和教學參考用書,還可供相關(guān)專業(yè)的教師閱讀參考 隨書所附的《微波成像雷達信號統(tǒng)計特性》配套軟件中主要包括軟 件的MATLAB封裝代碼和使用說明。配套軟件包括隨機過程數(shù)字 圖像處理雷達仿真三個模塊,本書中的仿真結(jié)果均是采用雷達仿真 模塊得到的。配套軟件的運行需要本地安裝MATLAB。 配套軟件可通過掃描本頁的二維碼關(guān)注北航理工圖書公眾號回復 2807獲得下載地址。如有疑問請發(fā)送郵件至g ood t e x t book@126. c om或撥打 010 82317036聯(lián)系圖書編輯。 本書的第1章、第4章、第5章和第6章由徐華平教授編寫,第2章由 王鵬波副教授編寫,第3章由楊威副教授編寫,最后由李春升教授統(tǒng)稿。 博士生張家偉參與了第3章和第4章部分內(nèi)容的編寫工作,博士生楊波 和李碩參與了第5章和第6章的部分仿真工作,碩士生高帥、本科生喬舒 浩參與了本書配套軟件的開發(fā)工作。感謝周蔭清教授在本書編寫過程中 給予的幫助,感謝北京航空航天大學星載SAR課題組對本書編寫工作的支持。 由于作者水平有限,書中難免存在不妥甚至錯誤之處,懇請各位讀者 批評指正。 作 者 2018年7