Airborne Doppler Radar

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出版者:
作者:Schetzen, Martin
出品人:
页数:185
译者:
出版时间:2006-6
价格:$ 101.64
装帧:
isbn号码:9781563478284
丛书系列:
图书标签:
  • 多普勒雷达
  • 气载雷达
  • 雷达系统
  • 信号处理
  • 遥感
  • 大气探测
  • 微波技术
  • 雷达应用
  • 目标检测
  • 雷达原理
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具体描述

The author's extensive work in Doppler radar theory - specifically his development of an exact theory for the spectrum of an airborne Doppler radar - is thoroughly presented in this important book. Much of the material presented has not previously appeared in print and anyone involved in Doppler theory and applications, airborne Doppler radar, or aircraft stabilization and navigation will find this book invaluable. Starting with his recognized accomplishments gained while a member of the Apollo 11 lunar landing mission team where he was tasked with determining if radar performance over the Moon might differ from that over the Earth, Schetzen theorized that in guidance and control applications, the actual shape of the Doppler spectrum was not necessary; that only its center frequency and bandwidth were required. Following Apollo, he continued to expand his theory in order to make it more useful - developing equations from which the center frequency and bandwidth could be obtained without first determining the actual Doppler spectrum. As a result of these equations, the author derived his Airborne Doppler Uncertainty Principle which states there is a lower limit of the product of position uncertainty and velocity uncertainty. The book begins with a basic discussion of the Doppler effect and its various applications and how Doppler radar can be used for the stabilization and navigation of aircraft. A quasi-static approximation of the Doppler spectrum is presented along with illustrations and discussion to help the reader gain an intuitive understanding of the approximation and its limitations. A summary of the mathematical concepts required for development of an exact theory is then presented using the case of a narrow beam antenna. This is followed by the development of the exact theory for the general case which is graphically illustrated and compared with the quasi-static approximation. General conditions for which the quasi-static approximation error would be excessive - specifically as applied to laser Doppler radars and low-flying aircraft - are presented. Software, in the form of an executable Matlab[trademark] program which can be used to determine the Doppler spectrum parameters for any antenna pattern and any terrain backscattering, is included. The text develops concepts and theories in a manner that can be readily followed and is supported by graphic illustrations that assist the reader in understanding the theoretical predictions. Where appropriate, examples are presented to illustrate the theory. Final results are summarized for readers who choose not to follow the development of the theory itself.

《风的低语:大气边界层湍流与气象探测的奥秘》 引言:探寻天空中的无形之手 风,作为地球大气中最活跃、最根本的驱动力之一,其复杂性和多变性远超我们日常感知。尤其是在大气边界层——地表至对流层中下部的这片与人类活动和地表过程直接关联的区域——风的表现形式呈现出极度的不规则性与随机性,即“湍流”。理解和量化这种湍流,不仅是气象学、空气动力学的基础课题,更是改善天气预报精度、优化风能利用、保障航空安全的关键。本书将带领读者深入探索大气边界层湍流的物理机制、数学描述,并介绍用于精确探测这些瞬态大气现象的先进技术与理论框架。 第一部分:边界层湍流的物理本质与结构 大气边界层(Atmospheric Boundary Layer, ABL)是地球系统中最具活力的区域,其厚度从几十米到几公里不等,强烈受到地表热力学条件和地表粗糙度的影响。 第一章:边界层的分层与演变 我们将详细剖析边界层在一天之内的热力学演变过程:从清晨的稳定层(Stable Boundary Layer, SBL)开始,如何因地表加热而发展出对流边界层(Convective Boundary Layer, CBL);探讨混合层(Mixed Layer)的结构,包括其顶部的逆温层(Inversion Layer)如何有效地隔离地表和自由对流层。特别关注夜间地表辐射冷却形成的低空射流(Low-Level Jet, LLJ)及其与湍流的相互作用。 第二章:湍流的起源与动量传递 湍流的本质在于流体运动中随机、不规则的涡旋结构。本章深入探讨驱动湍流产生的根本动力——剪切力(Shear)和浮力(Buoyancy)。通过分析雷诺应力(Reynolds Stresses),解释动量如何从高空向地表传递,驱动地表风速的形成。我们将引入普朗特混合长度理论(Prandtl's Mixing Length Theory)作为初步的认知工具,并过渡到更精细的涡旋模型。 第三章:湍流的尺度谱与能量级串 大气湍流现象的特征在于其跨越巨大的尺度范围,从微米级的粘性耗散尺度到公里级的边界层高度尺度。科尔莫戈罗夫(Kolmogorov)的“五分之三律”是描述惯性子空间内能量如何从大尺度涡旋传递到小尺度耗散的关键。本书将详细解析湍流能量谱(Energy Spectrum)的形态,阐明不同尺度湍流结构对大气混合和污染物扩散的独特贡献。 第二部分:边界层湍流的描述与建模 精确描述和预测湍流的随机特性,需要依赖统计物理和高级的数值模拟技术。 第四章:统计描述与相似性理论 由于湍流的随机性,我们无法精确追踪每一个涡旋的轨迹,因此必须采用统计方法。本章介绍湍流脉动(Turbulence Fluctuations)的概率密度函数(PDF)、方差、偏度与峰度。核心内容将聚焦于边界层湍流的相似性理论(Similarity Theories),特别是普朗特-蒙宁(Monin-Obukhov Similarity Theory, MOST)。MOST如何利用地表通量(动量、热量、水汽)和边界层高度来无量纲化地描述边界层内的平均气象要素梯度,是理解中性、稳定和对流条件下边界层特性的基石。 第五章:数值模拟方法:从一阶到大涡模拟 本书将系统地梳理用于模拟边界层湍流的数值模型: 1. 闭合模型(Closure Models):重点介绍基于湍流输运方程的二阶矩模型(如$k-epsilon$模型),及其在气象预报中的应用限制。 2. 可预测性限制:讨论边界层过程在传统数值天气预报(NWP)模式中的参数化挑战,特别是在处理地表异质性时的困难。 3. 高分辨率模拟:深入探讨大涡模拟(Large Eddy Simulation, LES)的原理,如何直接解析大尺度涡旋的动力学过程,并将其作为检验和发展湍流闭合模型的“沙盒”。 第三部分:先进探测技术与数据分析 理解湍流,必须依赖能够捕获其快速变化的观测工具。 第六章:声学与光学探测技术的基础原理 本章聚焦于那些能提供高时间分辨率数据的远程遥感技术: 1. 声波探测(SODAR):阐述声波在大气中传播时,如何因气流速度和温度的脉动而发生散射,从而反演垂直风场和湍流强度。介绍超声波风速计(Ultrasonic Anemometers)在微尺度湍流测量中的优势。 2. 光学探测(LIDAR/SODAR融合):探讨基于激光或红外辐射的遥感技术(如多普勒激光雷达),如何通过测量大气中气溶胶颗粒或分子对光束的后向散射多普勒频移,获取高精度的风廓线。 第七章:利用多普勒效应分析随机流场 虽然本书不涉及特定的雷达系统,但我们将探讨任何基于多普勒效应的仪器(包括但不限于声学或光学系统)在处理随机、非均匀流场数据时的通用信号处理技术: 1. 脉冲处理与距离分辨:如何通过控制脉冲宽度和采样频率来确定探测的体积单元(Volume Element)和测量精度。 2. 多普勒谱的展开:湍流导致多普勒谱展宽。分析如何从回波信号的谱宽度(Spectral Width)中提取湍流的方差信息,区别于纯粹的信噪比影响。 3. 数据反演与质量控制:介绍如何处理由多路径、遮挡或高信噪比波动引起的测量误差,确保从原始数据中提取出可信的湍流参数,如湍流耗散率。 第八章:湍流在实际应用中的体现 湍流不仅是理论研究的对象,更是影响工程和环境实践的关键因素。本章将探讨湍流对以下领域的影响: 1. 空气质量与污染物扩散:湍流作为污染物混合和稀释的主要机制,其强度直接决定了烟羽的抬升高度和扩散范围。 2. 风能资源评估:风机的设计和选址必须考虑阵风(Gusts)和高频湍流脉动对叶片结构载荷的影响。 3. 航空安全:清晰界定低空风切变(Wind Shear)和晴空湍流(Clear-Air Turbulence, CAT)的成因,以及如何利用前沿探测技术对高风险区域进行预警。 结语:迈向更精细的大气刻画 大气边界层湍流的研究,正从宏观统计迈向微观机制的解析。未来的研究方向将集中于如何更好地耦合地表过程、微物理过程与湍流动力学,并通过数据同化技术,将高频探测数据有效地融入到实时天气预报系统中,以期实现对天空活动更精细、更具预见性的刻画。

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用户评价

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这本书的文学野心是毋庸置疑的,它试图触及的议题范围极广,从量子力学的基础悖论到后人类时代的伦理困境,无所不包。然而,真正让我感到震撼的,是作者处理“留白”的艺术。在许多关键性的冲突点,作者选择了戛然而止,没有给出任何明确的解释或收尾。这并非是偷懒,而是高明的处理,它将最复杂的哲学难题悬置在读者的心头,迫使我们带着疑问离开书本,继续在现实生活中追寻答案。例如,关于“自我身份”的几次关键性探讨,最终都导向了一个开放式的结局,这与书中描绘的那些高度确定性的技术环境形成了鲜明的对比。这种对比本身就构成了强大的讽刺力量。它要求读者从被动接受信息转变为主动参与意义的创造,这本书与其说是一部小说,不如说是一场邀请,邀请我们参与到对“何以为人”这一永恒命题的深度对话之中。其后劲之大,难以言喻。

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这本书的叙事节奏堪称一绝,作者在铺陈背景时并没有采用传统的线性叙事,而是巧妙地将时间线进行碎片化处理,如同在空中盘旋的无人机镜头,时而聚焦于某一历史瞬间的微观细节,时而拉升到宏大的时代变迁。我特别欣赏它在描绘人物内心挣扎时的那种克制与精准,没有过多的心理独白,而是通过环境的渲染和人物间微妙的对话张力来展现深层次的情感暗流。比如,书中关于那次至关重要的“决策点”的描写,仅仅用了几页篇幅,却将那种山雨欲来风满楼的紧张感烘托到了极致,那种决策者在巨大压力下保持外表沉静而内心波涛汹涌的对比,读来令人窒息,仿佛我也身处那弥漫着咖啡和焦虑气息的密室之中。更值得称道的是,作者对于意象的运用达到了炉火纯青的地步,那些反复出现的“光影交错”、“金属的冰冷触感”等意象,不仅仅是装饰,它们如同暗语般串联起不同的章节,暗示着主题的深刻内涵——关于透明度与隐藏、关于技术进步对人性的潜在侵蚀。这种文学手法的成熟,让整本书的阅读体验充满了探索的乐趣,每一次重读都能发现新的层次,绝非那种一目了然的畅销书可比拟。

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这部作品的结构设计简直是一次对传统叙事边界的大胆挑战,它似乎在探索“非线性时间”在小说中能达到的极限。我印象最深的是作者如何处理不同视角之间的切换,那种转换不是简单的“场景转换”,而更像是在不同的宇宙之间进行维度跃迁。一个场景可能始于微观的粒子碰撞,下一秒就跳跃到了千年之后的历史回响,其间的逻辑联系需要读者主动去构建和填补空白。这种阅读体验极具互动性,仿佛作者提供了一份未完成的蓝图,而读者必须成为那个将碎片重新拼凑起来的“解密者”。这种设计对耐心和专注力提出了极高的要求,我甚至需要时不时地停下来,在脑中绘制一张人物关系和时间轴的图谱才能跟上作者的思路。然而,一旦构建起这个复杂的网络,那种豁然开朗的满足感是无与伦比的。它超越了简单的故事讲述,更像是一场关于信息、记忆和认知的智力游戏,让人不得不惊叹于作者在构思上的宏大与执行上的精细。

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我必须赞扬这本书在氛围营造上所达到的那种近乎完美的平衡感。它成功地将两种截然不同的情绪调性融合在了一起:一方面是对未来技术奇观的近乎敬畏的描绘,那些对新科技及其潜力的想象力是如此的瑰丽和富有想象力,让人对人类的创造力产生由衷的赞叹;但另一方面,这种赞叹又被一种持续不断的、低沉的、关于“代价”的忧虑所渗透。书中描写的那些未来场景,虽然视觉效果上光怪陆离,但在情感基调上却异常的压抑和疏离。作者并没有将科技塑造成一个绝对的救世主或者毁灭者,而是将其置于一个模糊的灰色地带,让它成为一把双刃剑,其锋利程度取决于握剑者的意图与能力。这种复杂性和模糊性,让这本书显得格外真实和深刻,它拒绝提供简单的道德裁决,而是将选择的重负交还给了读者,要求我们去思索:在无限的可能性面前,我们究竟愿意牺牲什么来换取进步?

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这本书的语言风格,我只能用“冷峻而富于张力”来形容,它毫不留情地撕开了现代社会运行机制下那些光鲜亮丽表象下的粗粝纹理。作者显然对社会学和权力结构有着深刻的洞察,他构建的世界观是如此的精密和无懈可击,以至于让人在阅读过程中不断感到一种被监视、被分析的微妙不安。行文间,充斥着大量精炼、近乎学术论文般的句子,但却被流畅的叙事节奏巧妙地消化了,没有丝毫的晦涩感。特别是描述官僚体系内部运作的那几章,那些冗长但逻辑严密的报告摘录和内部备忘录的穿插,非但没有拖慢节奏,反而像冰冷的注射器一样,将冰冷的现实直接注入读者的血管。我必须承认,初读时需要放慢速度,去细细品味那些看似不起眼的术语和行业黑话,但一旦进入状态,那种被庞大、高效却又缺乏人性的机器所裹挟的宿命感便油然而生。这并非一本提供慰藉的作品,它更像一面镜子,反射出我们这个时代最令人不安的侧面,其价值在于促使读者进行深刻的反思,而不是提供简单的娱乐。

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