《利用地球衛星的無線電掩星技術—波動說處理法》的主要宗旨是推導一種純波動說方法。給定點上某一諧波的振幅和相位用復譜級數形式來表示，其譜係數取決於介質的折射梯度、譜數和波的初始條件。因此，因為折射梯度不為零，譜係數在介質中隨位置而變化，但是在各向同性介質中它們不變。將譜級數在所有譜數上相加，就得到給定點上電磁場的總貢獻。譜數中的平穩相位點表示對場計算有貢獻的主要鄰域。這裡我們的目標是從觀測到的接收波振幅和相位的時間序列復原譜係數。譜係數的量值與大氣層的吸收有關，它相對於各向同性介質中保持定常相位的相移與對波的該譜分量上大氣折射梯度的累積效應相關。譜係數的相移由折射率梯度引起的相位延遲譜密度函式給出。通過復原這種譜密度函式，由這些量的形式積分關係式可得到折射梯度的剖面。儘管此類問題的全波動法因其複雜和麻煩而聲名狼藉，但仍然可通過明智地使用漸近技術和平穩相位概念等方法將其數學部分變成易於處理的形式。這裡將在波動說範疇下處理射線理論中眾所周知的一些專題，如射線、焦散、折射、散焦和多徑，等等。
前言
精確地定量描述波穿過複雜介質的傳播仍然是當代較困難的數學問題之一。20世紀，電動力學中出現了麥克斯韋方程的多種求解法，都包含這種或那種形式的近似。這些方法涵蓋了從方程自身的近似(如WKB、擾動理論、拋物線方程、有限元、動態規劃、用亥姆霍茨?基爾霍夫定理的標量衍射多相屏傳播，等等)，到適當輔以波/光混合和各種譜技術的純射線理論法。而且，特別在波長相對於折射介質尺度為小量時，不得不進行解析的和幾何的簡化來使問題容易處理。對聲學、電動力學和地震學等不同領域的波傳播文獻進行比較，會發現難以計數的解析方法，有時還會發現同一種技術在不同領域套用時取不同的符號。
在波傳播處理和推斷介質某些物理特性的反演問題中，用太空飛行器探測折射介質的無線電掩星技術相對來說還是一個新事物。第一次用太空飛行器開展的行星掩星是在大約40年前利用NASA/JPL水手4號太空飛行器經過火星背面完成的。在水手號與火星發生掩星的掩始期間，地面接收到的水手號無線電信號首次橫切火星電離層和大氣層。在水手號從火星背面掩終時，水手號無線電信號再次穿過這些介質。使用射線理論技術(部分借用地震學技術)，這次初步試驗成功獲得了精確的火星大氣層垂直折射剖面以及相關密度和壓力信息。
這些早期的射線理論技術在火星大氣層那樣的稀薄介質和其他行星大氣層(如地球大氣層)的上部區域中工作良好。但是，正如每個認真研究日出和日落的人都可以預見到的那樣，且不說那些更加複雜的結構，即使是簡單的中等尺度分層結構的稠密大氣，使用基礎射線理論技術也會導致反演問題遇到困難。從發射機經不同路徑穿過大氣層到達接收機的多條射線以及大氣使各射線譜線加寬，導致純射線理論方法產生模糊問題和分析困難。而且，在至少不藉助標量衍射理論的輔助時，射線理論在垂直於視線方向的空間維上強加了某種解析度限制，即所謂第一菲涅耳區，該區類似於光學儀器中用來調整解析度性能的愛里斑。由於基礎射線理論的這些局限性，無線電掩星技術的研究者們早就轉向了波/光學技術來解多徑模糊度，並利用接近波動說所提供的極限合成孔徑概念來增強解析度。類木行星的厚大氣層和加強這些行星環觀測解析度的願望，導致了大約始於25年前的旅行者探測器執行的掩星試驗中的一系列波/光學技術創新。近期出現攜帶有掩星測量GPS接收機(過去10年約6台，未來10年將大約翻倍)的低軌地球軌道器，導致了無線電掩星科學、分析技術的研究開發以及新儀器、數據信息系統的技術開發等方面的顯著發展。地球的大氣層遠比我們太陽系中的鄰居們的大氣層易於進入。
這些現代反演技術在如地球對流層下部那樣不利信號條件下基本上能工作得相當好，大致可分為基於譜/全息的或者基於標量衍射的技術。它們都使用一些與波相關的概念來復原接收射線的折射彎曲角，再通過某種射線理論反演處理來復原大氣層垂直折射剖面。這種波?射線混合方法通常稱為波/光學分析法。
本書的主要宗旨是推導一種純波動說方法。給定點上某一諧波的振幅和相位用復譜級數形式來表示，其譜係數取決於介質的折射梯度、譜數和波的初始條件。因此，因為折射梯度不為零，譜係數在介質中隨位置而變化，但是在各向同性介質中它們不變。將譜級數在所有譜數上相加，就得到給定點上電磁場的總貢獻。譜數中的平穩相位點表示對場計算有貢獻的主要鄰域。這裡我們的目標是從觀測到的接收波振幅和相位的時間序列復原譜係數。譜係數的量值與大氣層的吸收有關，它相對於各向同性介質中保持定常相位的相移與對波的該譜分量上大氣折射梯度的累積效應相關。譜係數的相移由折射率梯度引起的相位延遲譜密度函式給出。通過復原這種譜密度函式，由這些量的形式積分關係式可得到折射梯度的剖面。儘管此類問題的全波動法因其複雜和麻煩而聲名狼藉，但仍然可通過明智地使用漸近技術和平穩相位概念等方法將其數學部分變成易於處理的形式。這裡將在波動說範疇下處理射線理論中眾所周知的一些專題，如射線、焦散、折射、散焦和多徑，等等。
