微波毫米波安防遥感技术
译者序
原书前言
第1章绪论1
1.1安防遥感 1
1.1.1对安防遥感的需求 1
1.1.2微波毫米波遥感器的优势 2
1.2遥感技术概述 2
1.2.1辐射计 3
1.2.2雷达系统 3
1.2.3成像系统 4
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原书前言
第1章绪论1
1.1安防遥感 1
1.1.1对安防遥感的需求 1
1.1.2微波毫米波遥感器的优势 2
1.2遥感技术概述 2
1.2.1辐射计 3
1.2.2雷达系统 3
1.2.3成像系统 4
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Jeffrey A. Nanzer是美国约翰•霍普金斯大学应用物理实验室的专业研究人员。他在密歇根州立大学获得电子工程学士学位和计算机工程学士学位，在德克萨斯大学（奥斯汀）获得电子工程硕士和博士学位。十余年来，他的工作集中在应用于安防领域的毫米波辐射计和雷达系统的研制。他参与研制过侵入者探测辐射计和雷达系统、微多普勒雷达、天线以及毫米波干涉式运动测量仪等设备。Nanzer博士是国际无线电联盟B委员会的高级会员和IEEE MTT和 APS的会员。同时，他也是IEEE天线标准委员会的成员和IEEE APS/MTT德克萨斯中区组的创始会员。
《微波毫米波安防遥感技术》是论述微波毫米波安防遥感技术的一本重要著作。全书分为9章。第1章绪论介绍了微波毫米波遥感技术在安防领域应用的实际案例和未来发展前景。第2章和第3章简要回顾了基本电磁波理论并详细论述了电磁波与传输媒质（如人体组织、大气以及各类建筑和衣物材料）的相互作用。第4章和第5章分别论述了微波毫米波遥感器的基本组成部分――天线和接收机的基本理论和设计原理。第6～9章是对4类微波毫米波安防遥感器辐射计、雷达、成像系统和干涉式角速度测量仪的详细论述，包括它们的基本原理、设计方法和实际应用等。
译者序
原书前言
第1章绪论1
1.1安防遥感 1
1.1.1对安防遥感的需求 1
1.1.2微波毫米波遥感器的优势 2
1.2遥感技术概述 2
1.2.1辐射计 3
1.2.2雷达系统 3
1.2.3成像系统 4
1.2.4角速度的干涉测量法 4
1.2.5其他领域的微波毫米波遥感技术5
1.3微波毫米波频谱5
1.3.1频段的命名5
1.3.2微波毫米波辐射的传播7
1.4安防遥感器举例8
1.4.1探测违禁品的主动成像系统8
1.4.2探测违禁品的被动成像系统10
1.4.3人体的探测11
1.4.4人体的识别和人体行为的甄别13
1.4.5穿墙探测17
1.4.6生命特征探测17
参考文献19
第2章平面电磁波基础25
2.1麦克斯韦方程组26
2.1.1本构参数27
2.2时谐电磁场28
2.2.1波动方程28
2.2.2平面波29
2.2.2.1相速30
2.2.2.2E与H之间的关系31
2.2.3能量和功率32
2.3波的极化33
2.3.1线极化34
2.3.2椭圆极化35
参考文献37
第3章媒质中的电磁波38
3.1无界媒质中的平面波传播39
3.1.1良导体41
3.1.2良介质41
3.1.3媒质中的波阻抗42
3.1.4复介电常数与色散42
3.2平面波在有界媒质中的传播44
3.2.1垂直入射时波的反射与透射45
3.2.2任意入射时波的反射与透射46
3.2.2.1横电波（垂直极化波）入射46
3.2.2.2横磁波（平行极化波）入射49
3.2.3功率反射系数与透射系数50
3.2.4全透射与全反射51
3.2.5分层介质52
3.3特定媒质中的电磁传播54
3.3.1大气传播效应54
3.3.2波透过建筑材料的传播59
3.3.3波透过服装材料的传播60
3.3.4爆炸物、塑料和金属的介质特性62
3.3.5人体组织的介质特性64
参考文献72
第4章天线74
4.1电磁位75
4.1.1由电流密度J确定的电磁位75
4.1.2由磁流密度Jm确定的电磁位76
4.1.3无穷小偶极子的辐射77
4.1.4远场辐射78
4.1.5无穷小偶极子远场辐射81
4.2天线参数81
4.2.1辐射功率密度和总辐射功率81
4.2.2天线方向图82
4.2.3天线方向图的波束宽度83
4.2.4天线立体角85
4.2.5方向性系数85
4.2.6增益86
4.2.7口径面积和方向图立体角87
4.2.8天线温度和噪声功率88
4.2.9极化88
4.3线天线的性质89
4.3.1无穷小偶极子天线89
4.3.2长偶极子90
4.4口面天线91
4.4.1镜像原理92
4.4.2等效原理93
4.4.3矩形口面的辐射94
4.4.4圆口面的辐射97
4.5天线阵列100
4.5.1直线阵列理论100
4.5.2平面阵列102
4.5.3天线阵列的波束宽度104
4.5.4相控阵104
4.5.5阵列构架106
4.5.5.1馈电网络106
4.5.5.2波束控制108
4.6常用的微波和毫米波天线108
4.6.1喇叭天线108
4.6.2缝隙天线110
4.6.3微带天线110
4.6.4反射面天线系统113
4.6.5透镜天线系统115
参考文献116
第5章接收机118
5.1接收机的一般工作原理118
5.2接收机噪声121
5.2.1接收机噪声的来源122
5.2.1.1热噪声122
5.2.1.2散粒噪声123
5.2.1.3闪烁噪声123
5.2.2等效噪声带宽124
5.2.3毫米波频段的热噪声125
5.3噪声系数和噪声温度127
5.3.1噪声系数127
5.3.2噪声温度128
5.3.3衰减器的噪声系数129
5.3.4级联系统的噪声130
5.3.5ADC噪声133
5.4接收机的线性特性136
5.4.1增益压缩136
5.4.2交调产物139
5.4.3三阶截断点140
5.4.4级联系统的三阶截断点141
5.4.5动态范围142
5.4.6无杂散动态范围143
参考文献144
第6章辐射计145
6.1辐射测量学基础146
6.1.1亮度146
6.1.2亮度与距离147
6.1.3通量密度和源分布148
6.1.4天线的影响149
6.2黑体辐射150
6.2.1普朗克黑体辐射定律150
6.2.2普朗克定律的近似153
6.2.3普朗克定律的带限积分154
6.3应用辐射测量学155
6.3.1辐射源的分辨156
6.3.1.1可分辨的源157
6.3.1.2不可分辨的源157
6.3.2接收功率的卷积形式158
6.3.3发射率和辐射温度158
6.3.3.1人体皮肤和常见材料的发射率159
6.3.3.2环境的辐射温度161
6.4辐射计接收机163
6.4.1灵敏度163
6.4.2全功率辐射计165
6.4.2.1全功率响应166
6.4.2.2灵敏度167
6.4.3干涉式相关辐射计170
6.4.3.1空间点源的响应171
6.4.3.2灵敏度174
6.5实际应用中的问题177
6.5.1接收机不稳定性177
6.5.2狄克辐射计178
6.5.3辐射计定标179
6.6扫描型辐射计系统181
6.6.1空间分辨率181
6.6.2驻留时间183
6.6.3测量的不确定性185
6.6.3.1一维扫描185
6.6.3.2二维扫描186
参考文献187
第7章雷达189
7.1雷达基础190
7.1.1雷达系统配置与测量190
7.1.2雷达距离方程192
7.2发射机系统194
7.2.1发射机功能194
7.2.2发射机噪声196
7.2.3毫米波振荡器199
7.3雷达测量灵敏度200
7.3.1测量误差200
7.3.1.1距离测量误差201
7.3.1.2频率测量误差201
7.3.1.3角度测量误差201
7.3.1.4举例201
7.3.2时间带宽积对测量误差的影响206
7.4微多普勒208
7.4.1安防应用中雷达的微多普勒208
7.4.2微多普勒理论209
7.4.3人体微多普勒特征213
7.5连续波雷达218
7.5.1连续波多普勒219
7.5.2调频连续波223
7.5.3多频连续波225
7.5.4动目标指示雷达226
7.6高距离分辨率雷达231
7.6.1脉冲雷达231
7.6.2线性频率调制233
7.6.3步进频率调制235
参考文献236
第8章成像系统239
8.1扫描式成像系统240
8.1.1扫描式成像仪分类240
8.1.2扫描式系统的性能243
8.1.2.1视场范围和空间分辨率243
8.1.2.2帧速243
8.2干涉式成像系统244
8.2.1简介244
8.2.2成像原理245
8.2.2.1可视度函数245
8.2.2.2可视度与辐射温度之间的傅里叶变换关系247
8.2.2.3相关式干涉仪的空间滤波效应248
8.2.3可视度的采样250
8.2.4二维可视度254
8.2.5成像灵敏度255
8.2.6成像分辨率和视场范围257
8.2.7干涉式成像阵列261
8.2.7.1米尔斯十字阵262
8.2.7.2T形阵263
8.2.7.3Y形阵264
8.2.7.4圆环形阵列264
参考文献266
第9章角速度的干涉测量269
9.1角向运动点源的干涉响应270
9.1.1干涉系统的方向图270
9.1.2角向运动物体的频率偏移272
9.1.3与多普勒频移的比较272
9.1.4大场角下的频率不确定性274
9.1.5小角度近似274
9.2干涉仪的谱响应275
9.2.1广义谱响应275
9.2.2方向图为sinc函数的干涉系统的响应275
9.2.3干涉仪的时频响应279
9.3运动人体的干涉测量281
9.3.1窄波束系统对运动人体的响应282
9.3.2宽波束系统对运动人体的响应284
参考文献286
符号表287
缩略语表293
^ 收 起
原书前言
第1章绪论1
1.1安防遥感 1
1.1.1对安防遥感的需求 1
1.1.2微波毫米波遥感器的优势 2
1.2遥感技术概述 2
1.2.1辐射计 3
1.2.2雷达系统 3
1.2.3成像系统 4
1.2.4角速度的干涉测量法 4
1.2.5其他领域的微波毫米波遥感技术5
1.3微波毫米波频谱5
1.3.1频段的命名5
1.3.2微波毫米波辐射的传播7
1.4安防遥感器举例8
1.4.1探测违禁品的主动成像系统8
1.4.2探测违禁品的被动成像系统10
1.4.3人体的探测11
1.4.4人体的识别和人体行为的甄别13
1.4.5穿墙探测17
1.4.6生命特征探测17
参考文献19
第2章平面电磁波基础25
2.1麦克斯韦方程组26
2.1.1本构参数27
2.2时谐电磁场28
2.2.1波动方程28
2.2.2平面波29
2.2.2.1相速30
2.2.2.2E与H之间的关系31
2.2.3能量和功率32
2.3波的极化33
2.3.1线极化34
2.3.2椭圆极化35
参考文献37
第3章媒质中的电磁波38
3.1无界媒质中的平面波传播39
3.1.1良导体41
3.1.2良介质41
3.1.3媒质中的波阻抗42
3.1.4复介电常数与色散42
3.2平面波在有界媒质中的传播44
3.2.1垂直入射时波的反射与透射45
3.2.2任意入射时波的反射与透射46
3.2.2.1横电波（垂直极化波）入射46
3.2.2.2横磁波（平行极化波）入射49
3.2.3功率反射系数与透射系数50
3.2.4全透射与全反射51
3.2.5分层介质52
3.3特定媒质中的电磁传播54
3.3.1大气传播效应54
3.3.2波透过建筑材料的传播59
3.3.3波透过服装材料的传播60
3.3.4爆炸物、塑料和金属的介质特性62
3.3.5人体组织的介质特性64
参考文献72
第4章天线74
4.1电磁位75
4.1.1由电流密度J确定的电磁位75
4.1.2由磁流密度Jm确定的电磁位76
4.1.3无穷小偶极子的辐射77
4.1.4远场辐射78
4.1.5无穷小偶极子远场辐射81
4.2天线参数81
4.2.1辐射功率密度和总辐射功率81
4.2.2天线方向图82
4.2.3天线方向图的波束宽度83
4.2.4天线立体角85
4.2.5方向性系数85
4.2.6增益86
4.2.7口径面积和方向图立体角87
4.2.8天线温度和噪声功率88
4.2.9极化88
4.3线天线的性质89
4.3.1无穷小偶极子天线89
4.3.2长偶极子90
4.4口面天线91
4.4.1镜像原理92
4.4.2等效原理93
4.4.3矩形口面的辐射94
4.4.4圆口面的辐射97
4.5天线阵列100
4.5.1直线阵列理论100
4.5.2平面阵列102
4.5.3天线阵列的波束宽度104
4.5.4相控阵104
4.5.5阵列构架106
4.5.5.1馈电网络106
4.5.5.2波束控制108
4.6常用的微波和毫米波天线108
4.6.1喇叭天线108
4.6.2缝隙天线110
4.6.3微带天线110
4.6.4反射面天线系统113
4.6.5透镜天线系统115
参考文献116
第5章接收机118
5.1接收机的一般工作原理118
5.2接收机噪声121
5.2.1接收机噪声的来源122
5.2.1.1热噪声122
5.2.1.2散粒噪声123
5.2.1.3闪烁噪声123
5.2.2等效噪声带宽124
5.2.3毫米波频段的热噪声125
5.3噪声系数和噪声温度127
5.3.1噪声系数127
5.3.2噪声温度128
5.3.3衰减器的噪声系数129
5.3.4级联系统的噪声130
5.3.5ADC噪声133
5.4接收机的线性特性136
5.4.1增益压缩136
5.4.2交调产物139
5.4.3三阶截断点140
5.4.4级联系统的三阶截断点141
5.4.5动态范围142
5.4.6无杂散动态范围143
参考文献144
第6章辐射计145
6.1辐射测量学基础146
6.1.1亮度146
6.1.2亮度与距离147
6.1.3通量密度和源分布148
6.1.4天线的影响149
6.2黑体辐射150
6.2.1普朗克黑体辐射定律150
6.2.2普朗克定律的近似153
6.2.3普朗克定律的带限积分154
6.3应用辐射测量学155
6.3.1辐射源的分辨156
6.3.1.1可分辨的源157
6.3.1.2不可分辨的源157
6.3.2接收功率的卷积形式158
6.3.3发射率和辐射温度158
6.3.3.1人体皮肤和常见材料的发射率159
6.3.3.2环境的辐射温度161
6.4辐射计接收机163
6.4.1灵敏度163
6.4.2全功率辐射计165
6.4.2.1全功率响应166
6.4.2.2灵敏度167
6.4.3干涉式相关辐射计170
6.4.3.1空间点源的响应171
6.4.3.2灵敏度174
6.5实际应用中的问题177
6.5.1接收机不稳定性177
6.5.2狄克辐射计178
6.5.3辐射计定标179
6.6扫描型辐射计系统181
6.6.1空间分辨率181
6.6.2驻留时间183
6.6.3测量的不确定性185
6.6.3.1一维扫描185
6.6.3.2二维扫描186
参考文献187
第7章雷达189
7.1雷达基础190
7.1.1雷达系统配置与测量190
7.1.2雷达距离方程192
7.2发射机系统194
7.2.1发射机功能194
7.2.2发射机噪声196
7.2.3毫米波振荡器199
7.3雷达测量灵敏度200
7.3.1测量误差200
7.3.1.1距离测量误差201
7.3.1.2频率测量误差201
7.3.1.3角度测量误差201
7.3.1.4举例201
7.3.2时间带宽积对测量误差的影响206
7.4微多普勒208
7.4.1安防应用中雷达的微多普勒208
7.4.2微多普勒理论209
7.4.3人体微多普勒特征213
7.5连续波雷达218
7.5.1连续波多普勒219
7.5.2调频连续波223
7.5.3多频连续波225
7.5.4动目标指示雷达226
7.6高距离分辨率雷达231
7.6.1脉冲雷达231
7.6.2线性频率调制233
7.6.3步进频率调制235
参考文献236
第8章成像系统239
8.1扫描式成像系统240
8.1.1扫描式成像仪分类240
8.1.2扫描式系统的性能243
8.1.2.1视场范围和空间分辨率243
8.1.2.2帧速243
8.2干涉式成像系统244
8.2.1简介244
8.2.2成像原理245
8.2.2.1可视度函数245
8.2.2.2可视度与辐射温度之间的傅里叶变换关系247
8.2.2.3相关式干涉仪的空间滤波效应248
8.2.3可视度的采样250
8.2.4二维可视度254
8.2.5成像灵敏度255
8.2.6成像分辨率和视场范围257
8.2.7干涉式成像阵列261
8.2.7.1米尔斯十字阵262
8.2.7.2T形阵263
8.2.7.3Y形阵264
8.2.7.4圆环形阵列264
参考文献266
第9章角速度的干涉测量269
9.1角向运动点源的干涉响应270
9.1.1干涉系统的方向图270
9.1.2角向运动物体的频率偏移272
9.1.3与多普勒频移的比较272
9.1.4大场角下的频率不确定性274
9.1.5小角度近似274
9.2干涉仪的谱响应275
9.2.1广义谱响应275
9.2.2方向图为sinc函数的干涉系统的响应275
9.2.3干涉仪的时频响应279
9.3运动人体的干涉测量281
9.3.1窄波束系统对运动人体的响应282
9.3.2宽波束系统对运动人体的响应284
参考文献286
符号表287
缩略语表293
^ 收 起
Jeffrey A. Nanzer是美国约翰•霍普金斯大学应用物理实验室的专业研究人员。他在密歇根州立大学获得电子工程学士学位和计算机工程学士学位，在德克萨斯大学（奥斯汀）获得电子工程硕士和博士学位。十余年来，他的工作集中在应用于安防领域的毫米波辐射计和雷达系统的研制。他参与研制过侵入者探测辐射计和雷达系统、微多普勒雷达、天线以及毫米波干涉式运动测量仪等设备。Nanzer博士是国际无线电联盟B委员会的高级会员和IEEE MTT和 APS的会员。同时，他也是IEEE天线标准委员会的成员和IEEE APS/MTT德克萨斯中区组的创始会员。
《微波毫米波安防遥感技术》是论述微波毫米波安防遥感技术的一本重要著作。全书分为9章。第1章绪论介绍了微波毫米波遥感技术在安防领域应用的实际案例和未来发展前景。第2章和第3章简要回顾了基本电磁波理论并详细论述了电磁波与传输媒质（如人体组织、大气以及各类建筑和衣物材料）的相互作用。第4章和第5章分别论述了微波毫米波遥感器的基本组成部分――天线和接收机的基本理论和设计原理。第6～9章是对4类微波毫米波安防遥感器辐射计、雷达、成像系统和干涉式角速度测量仪的详细论述，包括它们的基本原理、设计方法和实际应用等。
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