雷達信號處理技術

目 錄

第1章 概述 001
1.1 雷達信號處理的主要研究領域 002
1.1.1 信號檢測和視頻信號積累 002
1.1.2 相參信號的雜波抑制技術 002
1.1.3 雷達脈沖壓縮技術 003
1.1.4 陣列信號處理理論及應用 003
1.1.5 雷達成像技術 004
1.1.6 雷達目標識別技術 004
1.1.7 雷達抗電子乾擾技術 005
1.1.8 雷達信號處理系統技術 005
1.1.9 雷達目標點跡數據處理技術 005
1.1.10 雷達目標跟蹤數據處理技術 006
1.2 雷達信號處理的發展趨勢 007
1.2.1 數字化技術迅速推廣 007
1.2.2 雷達信號處理技術正向多功能方向發展 007
1.2.3 雷達信號處理算法迅速發展 007
1.2.4 多學科領域技術的相互交叉和相互滲透 008
1.2.5 雷達數據處理技術發展迅速 008
1.3 本書章節內容安排 009
本章參考文獻 009
第2章 雷達信號處理基礎 011
2.1　信號和頻譜 012
2.1.1　信號波形 012
2.1.2　信號頻譜 013
2.1.3　隨機信號與功率譜 015
2.2 數字信號處理基礎[2,3] 017
2.2.1　A/D轉換器和採樣定理 017
2.2.2　離散傅里葉變換和快速傅里葉變換 019
2.2.3　數字濾波器 021
2.2.4　維納濾波器 028
2.2.5　預測濾波器和最小二乘估計 029
2.3　相參信號處理 030
2.3.1　相參信號處理原理 030
2.3.2　正交相位檢波器 032
2.3.3　正交相位檢波器的誤差校正 033
2.3.4　數字正交相位檢波器 036
2.3.5　匹配濾波器 038
2.4　雷達信號的模糊函數 039
2.4.1　模糊函數的定義[13] 039
2.4.2　模糊函數的性質 041
2.5 本章小結 044
本章參考文獻 044
第3章 雷達信號形式和信號分析 046
3.1　單頻脈沖信號 047
3.1.1　非相參脈沖信號 047
3.1.2　相參脈沖串信號 050
3.1.3　參差變周期相參脈沖信號 054
3.2　頻率調制脈沖信號 056
3.2.1　線性調頻脈沖信號 056
3.2.2　非線性調頻脈沖信號 060
3.2.3　步進頻率脈沖信號 062
3.3　相位編碼脈沖信號 065
3.3.1　二相碼信號 065
3.3.2　多相碼信號 073
3.4 雷達目標微多普勒特徵 078
3.4.1 雷達目標微多普勒效應 078
3.4.2 雷達目標微多普勒頻率估計 079
3.4.3 雷達目標微多普勒特徵的應用 087
3.5 本章小結 089
本章參考文獻 089
第4章 雷達脈沖壓縮 092
4.1　脈沖壓縮原理 093
4.2　脈沖壓縮基本方法 094
4.2.1　時域脈沖壓縮方法 094
4.2.2　頻域脈沖壓縮方法 095
4.2.3　脈沖壓縮濾波器及脈沖壓縮性能 096
4.3　降低副瓣的加權方法 099
4.4　相位編碼信號脈沖壓縮的副瓣抑制 104
4.5 超寬帶信號的脈沖壓縮 107
4.5.1 超寬帶信號 107
4.5.2 超寬帶信號的脈沖壓縮方法 107
4.6 本章小結 110
本章參考文獻 111
第5章 噪聲背景下雷達目標檢測 112
5.1　信號檢測原理 113
5.1.1　噪聲中的信號檢測 113
5.1.2　白噪聲條件下的最優檢測 114
5.1.3　色噪聲條件下的最優檢測 115
5.1.4　恆虛警檢測原理 117
5.2　恆虛警檢測器 117
5.2.1　白噪聲背景的恆虛警檢測器 117
5.2.2　單元平均恆虛警檢測器 119
5.2.3　有序恆虛警檢測器 124
5.2.4　非高斯雜波中的恆虛警檢測器 126
5.2.5　非參量恆虛警檢測器 129
5.2.6　雜波圖恆虛警檢測器 131
5.2.7　二維恆虛警檢測器 137
5.3　信號積累和檢測 139
5.3.1　信號積累 140
5.3.2　二進制積累和雙門限檢測器 145
5.4　長時間相乾積累和弱小目標檢測 147
5.4.1　距離走動補償 148
5.4.2　距離彎曲補償 150
5.4.3　多普勒頻率走動補償 151
5.5　檢測前跟蹤（TBD） 152
5.6 本章小結 155
本章參考文獻 155
第6章 雷達雜波抑制和目標檢測 158
6.1　雷達雜波 159
6.1.1 地雜波 159
6.1.2　海雜波 162
6.1.3　氣象雜波和箔條雜波 165
6.1.4　天線掃描引起的雜波功率譜展寬 166
6.2　雷達雜波抑制和改善因子 166
6.3　動目標顯示（MTI） 168
6.3.1　雜波對消器 168
6.3.2　MTI濾波器 171
6.4　參差MTI濾波器 174
6.4.1 盲速 175
6.4.2 參差周期和參差MTI濾波器 176
6.4.3 參差碼的優化設計 178
6.4.4 參差MTI濾波器系數的優化設計 179
6.5　動目標檢測（MTD） 179
6.5.1 對消器級聯FFT的結構 180
6.5.2 超低副瓣濾波器組結構 182
6.5.3 優化設計的多普勒濾波器組 185
6.6　脈沖多普勒（PD）處理 187
6.6.1　PD雷達地雜波頻譜 187
6.6.2　PD信號處理 190
6.7　自適應運動雜波抑制 191
6.7.1　運動雜波譜中心補償抑製法 191
6.7.2　權系數庫和速度圖法 192
6.7.3　自適應雜波濾波器 195
6.8 本章小結 197
本章參考文獻 197
第7章 雷達陣列信號處理 198
7.1　相控陣雷達信號處理及波束形成 199
7.1.1 雷達陣列信號模型 201
7.1.2 波束形成基本概念 203
7.1.3 自適應波束形成 207
7.1.4 最優波束形成原理及算法 208
7.1.5 穩健數字波束形成[9-12] 215
7.2 陣列雷達高分辨測向方法 221
7.2.1 最大似然估計測向算法[13] 222
7.2.2 獨立信源的高分辨測向算法 224
7.2.3 相參源高分辨處理技術 231
7.2.4 非理想情況下信源數目估計方法[21] 240
7.3 空時二維自適應信號處理 242
7.3.1 機載雷達雜波空時譜 242
7.3.2 STAP基本原理 246
7.3.3 降維STAP處理方法 253
7.3.4 非均勻雜波環境下STAP處理方法 261
7.3.5 STAP應用研究 267
7.4 波形分集陣雷達信號處理 270
7.4.1 MIMO雷達信號模型 273
7.4.2 MIMO雷達正交波形設計方法 274
7.4.3 頻率分集陣新體制雷達模型及方向圖[72] 278
7.4.4 頻率分集陣雷達應用 286
7.5 本章小結 290
本章參考文獻 291
第8章 雷達抗乾擾信號處理 297
8.1　雷達乾擾 298
8.1.1　雷達乾擾分類 298
8.1.2　有源乾擾 299
8.2　雷達抗有源乾擾 302
8.2.1　自適應頻率捷變 302
8.2.2　自適應空域濾波 303
8.2.3 自適應天線副瓣相消 305
8.2.4　穩健的空域抗乾擾技術 310
8.3　雷達抗欺騙乾擾 312
8.3.1　雷達欺騙乾擾 312
8.3.2 多維聯合抗有源欺騙乾擾 314
8.3.3 自適應副瓣匿影 314
8.3.4 發射波形設計抗有源欺騙乾擾 316
8.4　雷達低截獲設計 321
8.5 雷達抗乾擾性能評估 325
8.5.1　抗乾擾改善因子 325
8.5.2　雷達抗乾擾能力 325
8.5.3　抗欺騙乾擾概率 326
8.6 雷達通信兼容技術 326
8.6.1 Chirp信號相位調制通信一體化波形 326
8.6.2 Chirp信號上下調頻混合一體化波形 328
8.6.3 頻率正交相位調制通信一體化波形 330
8.7 本章小結 332
本章參考文獻 332
第9章 雷達信號處理系統技術 334
9.1　雷達信號處理系統模擬設計方法 335
9.1.1　雷達信號處理系統的功能和結構 336
9.1.2　雷達信號處理系統模擬環境 338
9.1.3　雷達信號處理系統模擬模型庫 341
9.1.4　雷達信號處理系統模擬設計 343
9.2 多處理器並行信號處理系統設計 350
9.2.1 雷達信號處理系統 351
9.2.2 並行信號處理系統的性能 352
9.2.3 並行信號處理系統的設計 354
9.3 軟件化雷達信號處理技術 367
9.3.1 軟件化雷達信號處理 367
9.3.2 雷達信號處理模擬和實現的一體化 373
9.3.3 雷達信號處理和數據處理的一體化 376
9.3.4 雷達系統的軟件化 378
9.4 本章小結 382
本章參考文獻 383
第10章 雷達目標點跡數據形成與處理 385
10.1 概述 386
10.1.1 兩種常見的雷達掃描方式 386
10.1.2 點跡與點跡處理 388
10.2 目標原始點跡數據的形成 391
10.2.1 雷達對目標的測量 391
10.2.2 點跡數據格式 396
10.2.3 電腦對點跡數據的錄入 398
10.2.4 點跡數據分析 400
10.3 常規監視雷達點跡處理 403
10.3.1 目標原始點跡數據的分辨與歸並 403
10.3.2 目標點跡凝聚處理 408
10.4 雷達組網系統中點跡數據處理 409
10.4.1 時間統一 410
10.4.2 空間統一 412
10.4.3 系統處理周期 413
10.4.4 多雷達點跡數據處理與點跡-航跡關聯處理 415
10.5 運動平臺雷達的目標點跡數據處理 417
10.5.1 主要的坐標系及定義 417
10.5.2 坐標系之間的關系 420
10.5.3 掃描空域穩定措施 421
10.5.4 機載相控陣雷達的目標點跡處理 422
10.6 SAR目標的回波特性分析及數據處理 423
10.6.1 地面固定點目標的回波特性分析 424
10.6.2 運動目標的回波特性分析 426
10.6.3 GMTI掃描方式下多普勒參數的計算與分析 427
10.6.4 平臺位置及姿態對系統的影響 428
10.6.5 運動目標的數據處理 428
10.7 雙基地雷達的點跡數據處理 429
10.7.1 T/R站和R站的點跡時間和空間對齊 430
10.7.2 收站的點跡凝聚 430
10.7.3 收/發站的點跡融合 431
10.7.4 收/發站的目標定位 431
10.8 測量誤差的分析 432
10.8.1 測距精度 432
10.8.2 測高精度 433
10.8.3 方位誤差 433
10.9 本章小結 434
本章參考文獻 435
第11章 雷達目標的航跡綜合處理 436
11.1 概述 437
11.1.1 航跡與航跡處理 437
11.1.2 系統模型 439
11.1.3 測量與跟蹤坐標系 441
11.1.4 濾波與預測 443
11.1.5 時間和空間一致性要求 445
11.2 雷達目標航跡處理框架 446
11.2.1 雷達目標航跡處理主要功能 447
11.2.2 雷達目標航跡處理軟件架構 449
11.2.3 雷達目標航跡處理並行架構 449
11.2.4 陣地和環境適應性考慮 450
11.3 不同精度數據的最佳擬合 451
11.4 雷達數據處理系統常用的估計方法 452
11.4.1 多維向量的估計與估計誤差 452
11.4.2 最小平方估計 453
11.4.3 最小均方誤差估計 453
11.4.4 線性均方估計 454
11.4.5 非線性估計 455
11.4.6 系統與目標模型 456
11.5 運動目標的數學模型 457
11.5.1 常速度模型 458
11.5.2 常加速度模型 458
11.5.3 目標運動的相關噪聲模型——Singer模型 459
11.5.4 常速轉彎模型 461
11.5.5 彈道目標動力學模型 461
11.5.6 交互多模型 465
11.6 常用跟蹤濾波器 467
11.6.1 最小二乘濾波器 467
11.6.2 卡爾曼濾波器 468
11.6.3 ?-?濾波器 472
11.6.4 擴展卡爾曼濾波器 474
11.6.5 無損卡爾曼濾波器 474
11.6.6 機動目標的自適應跟蹤方法 475
11.7 目標跟蹤的起始、點跡-航跡相關處理與波門控制 477
11.7.1 目標跟蹤的起始 477
11.7.2 點跡-航跡相關處理 479
11.7.3 波門控制 480
11.7.4 彈道/空間目標快速起始 483
11.8 復雜環境下的目標跟蹤 483
11.8.1 剩餘雜波較多環境下的目標跟蹤 484
11.8.2 多目標環境中的跟蹤 487
11.8.3 群目標跟蹤 490
11.8.4 機載GMTI雷達對地面目標跟蹤 493
11.8.5 機載雷達對海面目標跟蹤 496
11.9 精細化航跡處理 498
11.9.1 衛星標校 499
11.9.2 電波傳播修正 500
11.9.3 系統誤差修正 502
11.9.4 航跡質量評估的幾個維度 503
11.10 基於深度學習的目標識別技術 503
11.10.1 捲積神經網絡的應用 503
11.10.2 目標綜合特徵分類識別 506
11.10.3 綜合識別處理流程 511
11.11 綜合航跡的人工智能處理技術 512
11.11.1 隨機化多假設數據關聯方法 512
11.11.2 隨機參數矩陣多模型最優濾波方法 514
11.11.3 基於知識的數據處理技術 516
11.12 工程應用簡介 519
11.12.1 工程設計主要內容 519
11.12.2 應用舉例 524
11.13 本章小結 531
本章參考文獻 532