遥感精解-书籍
这是一本非常好的遥感基本知识的书，对于初入遥感领域的学者有一定的指导性帮助(京)新登宇065号内容筒介木书是在九十年代初遥感技术飞速发展的基础上,融合了大量最新研究成果編写的。书中全面系统地介绍了遥感技与应用的各个领域。包括;遥感基础、遥感器、微波遥感、遘感平台及数据、人工及计算杋图像处理、遥感应用及地理信息系统等。全书共分I3童,着重对有关原理和概念进行说明,在补充说明中则对理论性、研究性内容进行了咩细论证和叙述,书中谢有大量图表、照片,既便于对正文内容加探理解,又有较高的銎考、保存价值。本书资料新颗、内容广泛,深浅绪合,图文并茂。适合初学者、大专院校师生、各层次的科研人员及管弹人员学习参考遥感精解L日〕遥感研究会編刘勇卫贺雪鸿译测绘出版社出版·发行外文印刷厂印刷新华书脂总店科技级行所经销开本787Xi091/16·印张2075·插页2·字数476千字1993年月第一版·93年12月第一次印刷印数:00012000册·定价:30元JsBN7…5030-0731-]/P·252nI u敬致读者(代序亲爱的读者们:如果您是熟悉方块汉字的中华文化圈的朋友,我属向您推荐这部有关遥感这门高技术的新书。它会让您提纲挈领地了解遥感的基础知识和最新发。本书主绵村井俊治( Shunji murai)教授,他是国际摄影测量与遥感学会( ISPRS主席,亚洲遥感协会ARSC)秘书长。对于中国和亚洲广大读者并不陌生。他的早期著作《遥感原理物要》中译本,就以简明扼要、纲祚目张,深受中国读者欢迎。他主编的《亚太地区遥感应用》反映了亚太地区这一领域的蓬勃发展和巨大潜力,其中热情地介绍了中国遥感界的部分成果。自1981年以来,他为亚洲遥感学会四处奔波,已举办14次学术讨论会,从未间断,对于促进亚太地区遥感秤学技术界的团结合作、进步和繁荣,受到了国际学术界的推和爱戴,与中国遥感界结了深厚的友谊。他几每年都走访中国,热情支持中国组织的国所学术活动。1993年8月,他和他的夫人—位热爱中国的女地理学家。在参加第二届北京国际地理信息系统学术会议和州十早区半干旱风遥感国际学术会之后一道考察」丝绱之路和敦煌文畅。在日本东京大学村井俊治先生的研究室,已逆续不断地接受了十多位中国访问学者和博土硏究,他们在中国有许多老朋友和学生1992年11月,我应邀到东京参加日本字宙开发事业团( NASDA)举办的亚太地区国际空间年大会,村井俊治教授就将这部新的日文版托我转送给中国读者,并热情地表示奉送版税,擤供图版,希望译成中文版。刘勇卫同志毅然承担并很快完成了樂重的编译虫版工作。1993年10月,我到曼谷参加亚太地区空间应用特邀专家会议的时候,村井俊冶教授正在亚洲理工学院(AIT)执教,他对中文版的耵将问世,非常高兴,再三用汉话向可刘勇卫先生和测绘出版社表示感谢。我们相信,这部图文并茂,雅俗共赏的遥感新书,无论对于初学的大专院校青年学生,还是从事教学和关心遥感科技事的专家学者、领导千部,都是值得一读的。特别是为新加坡、港、澳、台的华商同行们,提供了促进相互理解和学术交流的…些新概念和新词汇。本书原是村井俊治教授组织30多位日本谣专家执笔,为日本遥感学会編写的一部髙科技普及读物。它筲明扼要地介绍了有关遥感信息机理、遥感技术和应用领域,共分13章130个小节,毎节图(表)文对照,金书内容丰富、深入浅出、通俗易懂,比铰充分地反映了九十年代遥感的技术进步和应用开发,特别是日本和亚太地区的最新研究成果。在附录中编入的避感卫星时间表、参数表、遥感卫星地面接收站覆盖图,以及插图照片、参考文献等,都体现了太平洋时代和地区的特点,对于中国和亚太地区的读者来说,更是十分难得,倍觉亲切的。l993年L!月,中日双方签订了北京遥感卫星地面站合作接收日本地球资源卫星JERS-1)的协议,在空间上使覆盖范围有可能扩充到亚洲中西部地区;在时间上可以填补美国陆地卫星 Landsat-7发射失败出现的空白。994年9月,联合图亚太地区经社会(UNDP- ESCAP)将在北京召开亚太地区空间应用部长级会议,为亚太地区的空间技术合作和卫星信息共享,为亚洲季夙的环境与白然灾害监测、社会经济持续发展、携手合作,作出奉献。则本书中译本的及时出版,就具有更深远的一层意义。中国科学院学部委员第三让界科学院院士陈述彭993年10月1l日于北京1972年,随着 Landsat-1号发射升空,遷虅技术开始得到广泛的应用。两年后的1974年:H本遥感硏究会成立,最初着手进行的工仵是编写教科书。1975年《遥盛笔记》(技报堂出版)问世。当压,考虐到便于作为教科书使用,故将沙及7个章约70个日的内容以2页对开的形式构成,左边是说明、杈边是图表。这是在日本出版的第一本有关遥感的教科书该我出版后,一直得到遥感界人士的充分利用,而且被许多论文所参考、引用。然,17年后,由于遥戀技术有了很大的发展,该书带要增加新的内容,重新編写。所以我们就遥感器、微波遥感、卫星、图像处理、地理信息系统(GIs)、应用等内容进行了补充和修改《遥感糟解》可以说是17年前岀版的《遥感笔记》的大鯈改版。该书承技报堂之厚意,由日本测量协会出版,在此,仅表达我的谢意最初,我想只做部分修改就可以了,可实际上却做了全面的修改。与前·本书相比,内容量增至13个章节130个条目,几乎多了一倍。执笔者除了当时的5个人外,又新增了约3人,而且几乎都是30岁或40岁的研究人员和技术人员。可以说,这是凝集了日本遥感界新生力量而编写的书。我们还计划将该书译成英文,使世界上更多的人能得以利用。我衷心希望该书能成为日本为甜念哥伦布到达美洲大陆500年和992年国际空间年计划(LSY)的一大贡献。对于日本遥感研究会的成员以及年青执笔者们贡献谨致深深的谢意。日本遥感研究会会长村井俊治1992年秋编者、执笔者名单主编村井俊治编辑委员赤松幸生植木俊明后藤真太郎柴崎亮介下团阳久建石隆太郎E中邦桥本俊昭平出更广泽春任渡边诚执笔者赤松幸牛新井康平计上康司岩下笃植木俊明内田修远藤州小川利绂大山容小池俊雄占宇田亮江田敏幸后藤真太郎斋藤诚柴崎亮介清水英范下田阳久户岛收博高桥佳昭竹内章司竹内延夫建石隆太部田中邦玉井次郎田村昭南丹波澄雄长幸平上居原健德永光暗纳谷美也子桥本俊招早川清二郎平田更一福江洁屯细村宰本多明增子治信松本雅雄松罔龙冶村纯正望日贯一郎森山隆安罔善文柳田聪山本主介力丸厚渡边滤1而本书的使用方法正如“前言”中所说、本书可以说是1975年出版的《遛感笔汜》(技报堂版)的絛改版六书的目的、结构等仍同旧版一样,是考虑到便做为教科书使用而编写的。每一节的内容针对一个条目,左页是简单说明,右页是与该条日有关的图表。对于初学者来说,这种说明,简单明了。在旧版里,觅深度的内容是留给讲师解说的可是,出于遥感技术的普及和发展,我们在进行这次修改时感到,左页的说明里有许多不充分的地方。为此,我们增加了补充悦明,针对正文的内容做了充分的论述。这样,把补充说明加进去,就使本书可能适应具有相当水准的研究人员使用了本书的第二种使用方法是做为自学教科书使馬。遥感的应用技术住各种不同的领城有很大差异。由于篇幅有限,很难将其全部说清。然而,就遥感的基诎和共河技术来说,必须加以说明,而且尽可能歡到使那些没有这方面知识的人也能理解、明白。这样,如果有高山毕业的学历,便能基本掌握整个遥感技术的知识本书的第三种使用方法是做为遥感专家笔记使用。由于遥感涉及了广泛的学科领域,既使是专家也不可能准确无淏地把全部知识记忆下来。而且,要精通所有的领域也是非常困难的。在开始研究新领域的时候,本书可以做为其入门书,而且,在遗忘了某些专业知识的情况下,本书可以做为数据库发挥作用。本书共分13章。第1章是基础,也就是感的概论。第2章是遥感器,讲述现在已被应用成不久的将来有可能应用的遥感器的基砥。第3章和第4章是黴波遥感。由亍搭载各种微波遥感器的圯球观测卫星的出现,该部分与旧版相比,在内容上做了大幅度增加第5章是遥感平台,除了基础之外,附加了有关现在经常使用的地球观测卫星的解说。第6章是关于遥感中所应用的各种数裾及其特性的说明。第7章的内容在旧版中没有考虑到遥感数据的实际利用状况,增加了图象判读的内容。第8章是有关图像处理系统的介绍,第9、10、Ll章是关于图像处理的各个领域的解说。第12章是遥感应用;考虐到要长期使用,所以收集了-些规范的而且尽可能是接近实用的例子。第13章是有关地理信息系统(Gs)的内容。木书中应否加进GIS的内容,编委会内部虽然有不同意见,然而,随着過感实用化的发展,佔计今后GIS的利用会越来越多,所以,从读者的角度考虑,我们还是加进了这方面的内容。在正文的后边附有补充说明,正文中一些没有解释清的及过于专业化的内容在补充说明中加以论述。补充说明与正文,可按各节的号码对照查找。参考文献与引用文献按各小节归纳,并附有连续号码。引用文帐的号码与正文中的号码相对应。加外,若想获取更深塽的知识,也请参照参考文献。在正文中,需参照考文献时用“”符号表示,需参照引用文献时用“)符号表示。书后的附录中,主要汇总了关于遥感卫是的信息。目录敬致读者(代序)本书的使用方法第1章遥感基础1.1遥感的概念·*1(212电磁波的性质………"………(413物质和电磁波的相作用(64电磁波的波段咖音自自冒自■晋音鲁·自即噜备音·咖噜哥即鲁自自鲁自晋咖暗音自自命自■自鲁身命县自自自命自命争鲁自命鲁自身鲁■命自1.5根据波段划分遥感的种类…”*(10116辐射量的定义(121.7黑体辐射晷中自自■自鲁曲喜會冒自血盘鲁14J18反射率…444441461619物体的光谱反射特性郾■团马■忌(181.10太阳光的光谱辐射特性…………………“(201.11大气的透射特性22}2辐射传递理论●■b■■『■尋●國■■■■↓最■■■■■■&●■●●●■■國↓■悬■■●國國■■■■■●●■■■悬口■●司■■■■b(24)第2章遥感器2.遥感器的分类…*4…444446441446444460(26)22光学逕感器的特征…………………---(28)23空门分辨率…………………………………………(30)24分光元件…………………………………………………(32)25分光滤光……………(3426分光计■■■s(36)7光探测元件的种类及性…………………………………”………(38})28遥感摄影机…"*"”*"**"*◆"s(4029遥感用的胶)…………210光机扫描仪■看鲁日■●即国●·■■自■■●●■鲁自自●p西·咖自■自鲁会■■中■P◆和日·中曾中◆鲁鲁◆争脅争ψ唱卿◆中中曾鲁鲁鲁會中鲁中鲁2l推帚式扫描仪…………”…"………”*”(46}212成像光谐仪……,………"”……………”…""………(48)213大气遥感器…650214声波遥感器(52)2.15激光雷达……國●■■●bb■d↓■画己业(54)====第3章微波巡感31微波遥感的原浬■■■↓■即·『●自·↓■■■·自自自■·@·ψ■罪■■血·咖●■口咖■·P■■血命和·唱自ψ■·■■會咖ψ咖鲁罪↓身■··@·自自(56)3,2徽波的衰减…●ψ如ψ甲即(58)33微波的辐射■■■唱q甲中■鲁p■司屮鲁D■曾■甲鲁●命■■鲁身●◆啁中■■自『争学中皆自自●鲁唱申咖血■■口卓鲁中口中■3.4徽波的表面散射中甲冒PPP■中鲁●中萨P會俨血申伽甲曾曾P◆鲁导司曹管早唱中P司自卿曾即中中鲁申◆鲁冒中口即曾■,即會鲁鲁甲鲁口■看p■會62)35微玻的体散射中自●鲁魯(6436天线的种类…””””…"",(6)3.7天线的特性··可伽聊唱司D■咖咖自日日●口·鲁自·自·目看自唱自罪即目备自口自咖口·看■D自自即■自自早自卓即自●自自鲁自◆申68)第4章黴波避感器4.1微波遥感器的分类a“nt(704,2真实孔径达…………"■●血▲↓看■■●●血晶■晶■啬冒■■↓■■↓暴●φ■■●■·聊·ψ·斗■●b·如(72)43合成孔径雪达“………M………,…“……M…………(74)44宙达图像的几何特性…44764.5合成孔竺嘗达图像的重建4.6需达图像的特8)4.7地形引起的雷达图像差异咖自·申毒冒■■自·中●·咖■■■聊↓·咖噜·咖■也■■咖·咖·↓·↓·鲁@·嵋咱昏忌■看斗·自自啬司國口唱(82)4.8微波辐射计“么+么(8449微波散射计………s…(864.10黴渡高度汁本春业界…(88)4l1海面风的测量·■■會會■·會口『■會會■■『會■個十會■會會血■4………….(90)4.12雷达对波浪的测量………44·4444414444(92第5章遥匙平台51遥感平台的利类…94)52高度与大气的状态……(96)53遥感平台的姿态………………………………,…,1(9g)54姿态测量传感器L4本香(100)55卫星的轨道参数……………·…0102)5.6卫星的轨道导中中唱即即冒即冒即曾■■鲁警曾■P■曾『■曾冒譬■■即曾T■甲钾■即曾■聊司曾口■■(104)57卫星位置的测量■■冒↓冒冒曾曾■冒冒即聊『■口目即■即曾冒■普■即鲁节圆昏即唱哥即冒看罪即昏■即看看■即看愚罪冒b看■b106)5,8避感卫星·…·……*…s10859 Landsat卫星中中■曾即甘曾曾ψ冒冒P冒冒■冒■冒备即罪即曾号口即即即即聊司冒即冒甲罪目哥器冒罪罪即冒冒晶■即冒冒聊冒昌晶■晶晶●1(110)5.l0SPOT卫星…*…11,,……0(112)5 IL NOAA卫跟·4"""“…"*114)5,12静止气象卫星…………………………""*""………(116)5.13极平台谭●中●曾鲁号号P■鲁早号冒■号自■■宁唱日鲁音鲁哥鲁■■国↓D自自国司q哥昏哈自■驴·■命自■■■昌晶b伽■晶■品画hb●(118
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信号稀疏表示理论及其应用
信号稀疏表示理论及其应用信号稀疏表示理论及其应用郭金库刘光斌余志勇吴瑾颖著斜学出版社北京内容简介信号稀疏表示是一种新兴的信号分析和综合的方法,吸引了研究者的大量关注,同时被应用到信号处理的许多方面,如非平稳信号分析,信号编码、识别与信号去噪,压缩感知,盲源分离等。信号稀疏表示方向的研究热点主要集中在稀硫分解算法、过完备原子字典和稀硫表示的应用等方面。本书在介绍国内外该研究方向研究进展的基础上,重点介绍了作者在稀疏分解快速算法、色散原子字典,稀疏表示在线性调频信号参数估计以及电磁兼容测试信号处理等方面的研究成果。本书可供从事信号与信息处理信号表示、非平稳信号分析等方面工作的科研工作人员和研究生学习、研究使用图书在版编目CIP)数据信号稀疏表示理论及其应用/郭金库等著,一北京:科学出版社2013IsBN978-7-03-038209-2Ⅰ.信…Ⅱ郭…Ⅲ.信号处理Ⅳ.TN91.7中国版本图书馆CP数据核字(2013)第171727号责任編辑:魏英杰杨向萍/责任校对:桂伟利责任印制:张倩/封面设计:陈敬荦幽社出版北京东黄城根北街16号邮政编码:10717http://www.sciencep,com此象通州皇家印刺厂印刷科学出版社发行各地新华书店经销2013年7月第一版开本:720×1000B52013年7月第一次印刷印张:91/4字数:176000定价:50.00元(如有印装质量问题,我社负责调换(科印〉)前言信号稀疏表示是过去近20年来信号处理界一个非常引人关注的硏究领域,众多硏究论文和专题研讨会表明了该领域的蓬勃发展。信号稀疏表示的目的就是在给定的过完备字典中用尽可能少的原子来表示信号,可以获得信号更为简洁的表示方式,从而使我们更容易地获取信号中所蕴含的信息,更方便进一步对信号进行加工处理,如压缩、编码等。信号稀疏表示方向的研究热点主要集中在稀疏分解算法、过完备原子字典和稀疏表示的应用等方面。本书在介绍国内外该方向研究进展的基础上,重点介绍作者在稀疏分解快速算法、色散原子字典及稀疏表示在线性调频信号参数估计等方面的研究成果。全书共分为6章。第1章为绪论,在回顾传统的非平稳信号分析方法的基础上引出信号稀疏表示的基本思想,并介绍稀疏表示理论的发展历程和研究现状。第2章首先给岀稀疏逼近和稀疏表示的定义,然后简要介绍常用的稀疏分解算法和时频原子字典,最后介绍一种利用稀疏表示结果构造的时频分布。第3章利用 Gabor原子特点,构造一种随信号或分解残留信号自适应变化的 Gabor子字典,提出基于自适应 Gabor子字典的匹配追踪算法并证明了算法的收敛性。进一步,基于离散自适应 Gabor子字典提出相应的匹配追踪快速算法并分析了计算复杂度。最后利用数值实验结果验证了提出的方法与传统的匹配追踪算法具有相同的计算精度。第4章为了描述色散信号,利用色散关系或者近似色散关系设计出能够描述色散特性的原子,并构造色散原子字典。针对类似色散原子这种瞬时频率随时间非线性变化的时频原子,给出一种非负、无交叉项的能量时频分布。第5章研究信号稀疏表示在线性调频信号的参数估计及线性时不变系统辨识中的应用。第6章探讨信号稀疏表示在电磁兼容现场测试信号处理方面的应用。本书的很多研究成果是在清华大学自动化系邹红星教授的指导和信号稀疏表示理论及其应用帮助下完成的,这为本书的写作打下了坚实的基础。同时,第二炮兵工程大学的领导也一直关心和支持作者的课题研究,尤其是本书的出版得到了第二炮兵工程大学控制工程系的直接支持和帮助。在本书出版之际谨向他们表示衷心的感谢!另外,借此杋会特别感谢第二炮兵工程大学控制工程系以及清华大学自动化系的周志杰、苏娟、郜震宵、杨晓君、王榕、马竞伟、俞力杰、刘冰、汪洪桥、胡来红、孙振生、席建祥等老师和同学的帮助。本书的出版得到了国家自然科学基金项目(61201120)、中国博士后科学基金(2012M521904)和第二炮兵工程大学创新性探索项目的资助。作者2年6月目录前言第1章绪论1.1非平稳信号分析方法·1.2基于基分解的线性时频表示1.2.1傅里叶变换1.2.2短时傅里叶变换………1124561.2.3小波变换1.2.4基分解的不足·1.3经典的时频分布101.3.1 Wigner- ville分布……101.3.2 Cohen类时频分布……1.4稀疏表示方法121.4.1稀疏的就是更优的121.4.2稀疏表示理论的发展141.4.3稀疏表示的应用………………………191.5本书的结构安排……21第2章信号的稀疏表示…222.1稀疏逼近与稀疏表示222.2常用的稀疏分解算法242.2.1框架算法………252.2.2匹配追踪算法262.2.3基追踪算法262.2.4稀疏分解算法的信号精确重构条件∵272.3时频原子字典…………………282.3.1 Gabor原子字典…282.3.2 Chirplet字典………………………29信号稀疏表示理论及其应用2.3.3 FMm let字典………292.3.4 Dopplerlet字典302.4稀疏表示与时频分布…302.5本章小结…34第3章自适应 Gabor子字典的匹配追踪算法363.Ⅰ稀疏分解与匹配追踪算法363.1.1基本的匹配追踪算法………………363.1.2正交匹配追踪算法……383.1.3匹配追踪算法的计算和存储瓶颈……403.2自适应 Gabor子字典…………443.3自适应子字典的匹配追踪算法收敛性493.4离散自适应子字典的匹配追踪快速算法3.5算法验证与实验…603.6应用GPU实现的匹配追踪算法…633.7本章小结··67第4章基于色散原子字典的信号稀疏表示…684.1稀疏表示与原子字典…694.2色散原子字典……………724.2.1稳态相位法4.2.2初始波形及色散原子734.2.3色散原子字典的构造754.2.4基于色散原子字典的稀疏表示…………764.3非负的无交叉项时频分布…804.3.1时频半仿射平面…804.3.2色散原子的非负、无交叉项的时频分布…834.4应用854.5本章小结…88第5章稀疏表示在线性调频信号参数估计及线性时不变系统辨识中的应用895.1基于稀疏信息的线性调频信号参数估计…895.1.1线性调频信号的参数估计89目录5.1.2线性调频率估计·955.1.3初始频率与结束频率估计985.1.4实验结果1005.1.5讨论1055.2稀疏分解在系统辨识中的应用…1065.2.1基于互功率谱的线性时不变系统辨识………1065.2.2匹配追踪算法的降噪原理1085.2.3利用稀疏分解进行线性时不变系统辨识1095.3本章小结…112第6章基于稀疏表示的电磁兼容测试信号处理技术………1136.1现阶段电磁兼容现场测试信号处理面临的难题…………1136.2国内外研究现状…1146.3稀疏表示在电磁兼容测试信号处理中的优势以及待解决的问题117参考文献119附录:自适应子字典的匹配追踪算法参考程序……133第1章绪论1.1非平稳信号分析方法信号的傅里叶变换和反变换实现了信号在时域和频域內的相互转换。傅里叶变换将信号分解为不同频率分量的线性组合,其结果可以告诉我们信号是由多少个正弦波叠加而成,以及相对的幅度。由于不能给出关于这些频率分量何时出现与何时消亡的时变信息,因此傅里叶变换比较适用于分析频率成分不随时间变化的平稳信号。但是,人们发现众多的实际信号却具有明显的非平稳特征。信号的平稳性或非平稳性主要是根据信号的统计量特征来衡量。常用的统计量包括均值(一阶统计量)、相关函数与功率谱密度(二阶统计量),以及高阶矩与高阶谱等(高阶统计量)。若信号的联合分布函数相对于时间是不变的,即信号的各阶统计量与时间无关,则称信号是平稳信号。若信号某阶统计量随时间变化,则称信号为非平稳信号或者时变信号,2。现实世界中存在着各种频率随时间变化的信号,如人类的声音、动物的叫声雷达和声呐信号、生物医学信号等。这些信号都是典型的非平稳信号,它们共同的特点都是持续时间有限,并且自相关函数或功率谱密度是随时间变化的。当研究和处理非平稳信号时,传统的傅里叶变换不能提供对信号频谱时变特征的有效分析和处理,也就是说,频谱和功率谱并不能清楚地描述信号的某个频率分量出现的具体时间及变化趋势。非平稳信号分析与处理是现代信号处理的一个重要研究内容和发展方向,在通信、雷达、信息对抗、自动控制、模式识别、水声、地震勘测和生物医学工程等领域有着广泛应用24。非平稳信号分析方法可以分为线性时频表示、非线性时频分布和信号的稀疏表示(图1-1)。假设信号为几个分量信号的线性组合,如果信号的时频表示也可以表示为这几个分量时频表示的相同线性组合,则这种时频表示称为线性时频表示;否则,称为非线性时频表示,2。传统意义上的线性时频表示通
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