Modelling Fluctuations in Scattered Waves pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Jakeman, E.

出品人:

页数:336

译者:

出版时间:2006-6

价格:$ 178.48

装帧:HRD

isbn号码:9780750310055

丛书系列:

图书标签:

波动学
散射理论
随机过程
统计物理
数学物理
微扰理论
傅里叶分析
信号处理
数值模拟
非线性光学

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具体描述

Fluctuations in scattered waves limit the performance of imaging and remote sensing systems that operate on all wavelengths of the electromagnetic spectrum. To better understand these fluctuations, "Modeling Fluctuations in Scattered Waves" provides a practical guide to the phenomenology, mathematics, and simulation of non-Gaussian noise models and discusses how they can be used to characterize the statistics of scattered waves. Through their discussion of mathematical models, the authors demonstrate the development of new sensing techniques as well as offer intelligent choices that can be made for system analysis. Using experimental results and numerical simulation, the book illustrates the properties and applications of these models. The first two chapters introduce statistical tools and the properties of Gaussian noise, including results on phase statistics. The following chapters describe Gaussian processes and the random walk model, address multiple scattering effects and propagation through an extended medium, and explore scattering vector waves and polarization fluctuations. Finally, the authors examine the generation of random processes and the simulation of wave propagation. Although scattered wave fluctuations are sources of information, they can hinder the performance of imaging and remote sensing systems. By providing experimental data and numerical models, this volume aids you in evaluating and improving upon the performance of your own systems.

好的，这是一份关于“波动在散射介质中传播的理论与应用”的图书简介，重点关注经典物理学、统计物理学和应用数学在这一领域的交叉应用，内容详实，力求自然流畅。 --- 图书名称：波动在散射介质中的动力学行为：理论、模拟与前沿应用图书简介本书深入探讨了波在复杂、非均匀介质中传播时所展现出的丰富而微妙的动态特性。我们聚焦于一系列跨越多个物理学领域的波动现象，从宏观尺度的介质结构对波场的影响，到微观层面上能量的传输与耗散机制，旨在为研究人员、高级学生和工程师提供一个全面且深入的理论框架和计算工具集。全书结构严谨，从基础的波动方程出发，逐步引入随机性、非局域效应以及多尺度相互作用的复杂性。第一部分：基础理论与模型构建本部分奠定了理解散射波现象的数学与物理基础。首先，我们详细回顾了经典波动方程——包括亥姆兹方程、声波方程和麦克斯韦方程组——在线性、均匀介质中的解析解法。随后，重点转向了散射理论的核心：如何描述波与介质中的局部不均匀性（散射中心）的相互作用。我们对莱夫勒-彭纳（Lefevre-Pena）散射理论进行了详尽的阐述，着重分析了单次和多次散射过程的数学表征。对于低频和长波长条件下的散射，瑞利散射理论和米氏散射理论的适用范围和局限性被清晰界定。特别地，书中花了大量篇幅处理弱散射和强散射 regimes 的差异。在弱散射情形下，我们发展了基于玻恩近似（Born Approximation）和远场近似的解析工具，用于预测平均场和平均强度。对于更具挑战性的强散射环境，例如当散射体的体积密度接近波长尺度时，本书引入了非互易性（Non-reciprocity）的概念，并探讨了有效介质理论（Effective Medium Theory, EMT），包括格罗夫斯-戴维斯（Groves-Davies）模型，以描述散射体对宏观波传播速度和衰减率的影响。第二部分：随机介质中的波传播随机性是散射波研究的核心。本部分将焦点从确定性的散射体转移到具有统计学描述的随机介质，如多孔材料、生物组织或湍流大气。核心内容围绕传输理论（Transport Theory）展开。我们详尽介绍了玻尔兹曼输运方程（Boltzmann Transport Equation, BTE）在光子和声子系统中的具体形式——辐射传输方程（Radiative Transfer Equation, RTE）。书中不仅推导了RTE，还深入探讨了在各向同性散射条件下的简化形式，如扩散近似（Diffusion Approximation）。对于背向散射和短程相关性的分析，我们引入了依附函数（Coherence Function）和脉冲响应函数（Impulse Response Function），它们是量化散射介质对输入信号时间-空间展宽的关键工具。此外，本部分还关注局域化现象（Localization Phenomena）。通过安德森局域化（Anderson Localization）的理论模型，我们展示了在特定维度和无序强度下，波的传播可以完全停止，能量被束缚在局部区域内。书中利用传输矩阵（Transmission Matrix, T-Matrix）的统计分析，特别是其奇异值分布，来判断系统是否处于局域化边界。第三部分：多尺度与非线性效应在真实世界中，散射介质往往同时存在多个尺度的不均匀性，并且波与介质的相互作用可能是非线性的。本章首先处理多尺度散射（Multiscale Scattering）问题，即同时存在微米级和纳米级的散射单元。我们运用多尺度渐近分析（Multiscale Asymptotic Analysis），结合多尺度建模（Multiscale Modeling）技术，构建能够跨越多个尺度进行有效描述的唯象模型。例如，在电磁学中，这对应于如何将界面效应与体散射效应耦合。随后，我们深入探讨了非线性散射。这包括介质的非线性响应（如克尔介质）对入射波的调制作用，以及强波场导致的介质自身的动态变化（如电击穿、空化）。重点分析了自聚焦（Self-focusing）和自散焦（Self-defocusing）效应如何与背景散射相耦合，导致波束稳定性的复杂演化。第四部分：计算方法与前沿应用理论模型必须依赖可靠的数值方法来实现和验证。本部分详细介绍了求解复杂散射问题的现代计算技术。我们首先回顾了用于求解边界值问题的边界元方法（Boundary Element Method, BEM）和有限元方法（Finite Element Method, FEM），并针对散射问题给出了专门的收敛性分析和处理开放边界的技巧（如完美匹配层 PML）。对于随机介质，蒙特卡洛方法（Monte Carlo Method）作为模拟能量传输的基石被详尽介绍，特别是如何优化采样策略以加速对低概率事件的模拟。最后，本书将理论和方法应用于当前研究热点： 1. 生物医学成像中的波传播：探讨了在光声成像（Photoacoustic Imaging）和高频超声中，组织异质性对成像分辨率和对比度的影响，以及如何利用波场反演技术校正散射引起的像差。 2. 声学隐身与波前整形：介绍了变换光学（Transformation Optics）和拓扑绝缘体（Topological Insulators）的概念在声波和电磁波散射控制中的应用，旨在通过设计特殊的散射界面实现波的引导和聚焦。 3. 量子噪声与相干性：从统计物理角度，分析了散射对量子波函数相干性的破坏，以及如何利用随机矩阵理论（Random Matrix Theory, RMT）来描述系统对外部耦合的响应。本书旨在提供一个统一的视角，将不同物理尺度和现象下的散射行为纳入统一的数学框架进行分析，是散射理论研究领域不可或缺的参考资料。