雷達信號處理基礎

前言

　　本書作者Mark A.Richards現(xiàn)在是佐治亞理工學院的首席研發(fā)工程師和兼職教授，他是專門從事雷達信號處理的知名學者，同時有著豐富的教學經驗和科研經歷，長期從事關于雷達信號處理、雷達圖像處理和相關學科的研究生教學和專業(yè)課程教學。他曾被聘為美國國防高級研究計劃署項目經理，IEEE 2001年雷達會議的總主席，以及IEEE圖像處理和IEEE信號處理期刊的副編輯?！　”緯鴱臄底中盘柼幚淼慕嵌瘸霭l(fā)，對雷達信號處理這一基本的課題進行了深入的探討。不僅對雷達信號處理的基礎技術進行了詳盡的介紹，而且結合當前雷達信號處理的發(fā)展，對一些更先進的課題進行了論述。本書在國外高校作為研究生教材已使用多年，國內現(xiàn)在引入本書，使眾多對雷達信號處理這一課題進行學習的研究生和從事這一領域工作或者相關專業(yè)的研究人員，可以更深入地了解國際雷達發(fā)展動態(tài)和更多的技術成果。

內容概要

　　本書譯自國際著名雷達信號處理專家Mark A. Richards教授編寫的教科書。該書介紹了雷達系統(tǒng)與信號處理的基本理論和方法，主要內容包括：雷達系統(tǒng)導論、雷達信號模型、脈沖雷達信號的采樣和量化、雷達波形、多普勒處理、檢測基礎原理、恒虛警率檢測、合成孔徑雷達成像技術、波束形成和空-時二維自適應處理導論。書中包含了大量反映雷達信號處理最新研究成果和當前研究熱點的補充內容，提供了大量有助于讀者深入的示例。該書對基礎理論和方法進行了詳盡的介紹與深入嚴謹的論述，是一本雷達信號處理領域中高水平的教科書。    本書適合于從事雷達成像、檢測、數據處理及相關信號處理的研究生作為教材使用，也是相關專業(yè)研究人員不可多得的一本參考書。

作者簡介

　　Mark A.Richards。博士，佐治亞理工學院（Georgia Institute of Technology）的首席研發(fā)工程師和兼職教授。他具有20余年在學術界、工業(yè)界及政府部門從事雷達信號處理和嵌入式計算方面研究的經歷。他曾被聘為美國國防高級研究計劃署項目經理、IEEE 2001年雷達會議的總主席

書籍目錄

第1章  雷達系統(tǒng)導論　1.1  雷達的歷史和應用  1.2  雷達的基本功能  1.3  脈沖體制雷達的各個部分    1.3.1  發(fā)射機和波形發(fā)生器    1.3.2  天線    1.3.3  接收機  1.4  一些信號處理概念和運算    1.4.1  分辨率    1.4.2  空間頻率    1.4.3  傅里葉變換    1.4.4  采樣理論和譜周期化    1.4.5  信號的矢量表示    1.4.6  數據積累    1.4.7  相關  1.5  基本雷達信號處理的預覽    1.5.1  雷達的時間尺度    1.5.2  現(xiàn)象學    1.5.3  信號調節(jié)和干擾抑制    1.5.4  成像    1.5.5  檢測    1.5.6  后處理  1.6  雷達文獻    1.6.1  雷達系統(tǒng)和組成    1.6.2  雷達信號處理    1.6.3  先進雷達信號處理    1.6.4  當前的雷達研究  參考文獻第2章  信號模型  2.1  雷達信號的組成  2.2  幅度模型    2.2.1  簡單點目標的雷達距離方程    2.2.2  分布目標形式的距離方程    2.2.3  雷達截面積    2.2.4  氣象目標的雷達截面積    2.2.5  雷達截面積的統(tǒng)計描述    2.2.6  Swerling模型  2.3  雜波    2.3.1  Do的特性    2.3.2  信號雜波比    2.3.3  雜波的時間和空間相關性    2.3.4  雷達截面積的混合模型  2.4  噪聲模型和信號噪聲比  2.5  干擾  2.6  頻率模型：多普勒移動    2.6.1  多普勒移動    2.6.2  多普勒移動的簡化分析方法    2.6.3  “停一跳”假設和空間多普勒  2.7  空間模型    2.7.1  隨角度和橫距的變化　　2.7.2  隨距離的變化    2.7.3  投影    2.7.4  多徑  2.8  譜模型  2.9  總結  參考文獻第3章  脈沖雷達信號的采樣與量化  3.1  雷達信號采樣的域和標準    3.1.1  時間和頻率采樣    3.1.2  空間采樣    3.1.3  采樣準則  3.2  快時間維采樣  3.3  慢時間維采樣：脈沖重復間隔的選擇  3.4  多普勒頻譜采樣    3.4.1  多普勒中的奈奎斯特速率    3.4.2  跨騎損失  3.5  空間和角度維采樣    3.5.1  固定相位單元間距    3.5.2  天線波束間隔  3.6  量化  3.7  I／Q通道不均衡及數字I／Q    3.7.1  I／Q通道不均衡及其補償    3.7.2  I／Q通道誤差校正    3.7.3  數字I／Q  參考文獻第4章  雷達波形  4.1  簡介  4.2  波形匹配濾波器    4.2.1  匹配濾波器    4.2.2  單頻脈沖匹配濾波    4.2.3  全距離匹配濾波器    4.2.4  匹配濾波器的距離分辨率  4.3  動目標的匹配濾波  4.4  模糊函數    4.4.1  模糊函數的定義和性質    4.4.2  簡單脈沖的模糊函數  4.5  脈沖串波形    4.5.1  脈沖串波形的匹配濾波器    4.5.2  逐個脈沖處理    4.5.3  距離模糊    4.5.4  脈沖串波形的多普勒響應    4.5.5  脈沖串波形的模糊函數    4.5.6  慢時間頻譜和模糊函數的關系  4.6  調頻脈沖壓縮波形    4.6.1  線性調頻波形    4.6.2  駐相原理    4.6.3  LFM波形的模糊函數    4.6.4  距離-多普勒耦合    4.6.5  拉伸處理  4.7  FM波形的距離旁瓣控制　　4.7.1  匹配濾波器頻率響應整形    4.7.2  波形頻譜整形  4.8  步進頻率波形  4.9  相位調制脈沖壓縮波形    4.9.1  二相編碼    4.9.2  多相編碼  4.10  Costas頻率編碼  參考文獻第5章  多普勒處理  5.1  其他形式的多普勒譜  5.2  運動目標指示    5.2.1  脈沖對消器    5.2.2  匹配濾波器的矢量表示    5.2.3  雜波抑制的匹配濾波器    5.2.4  盲速和參差PRF    5.2.5  質量圖    5.2.6  MTI性能限制  5.3  脈沖多普勒處理    5.3.1  運動目標的離散時間傅里葉變換    5.3.2  DTH采樣：離散傅里葉變換    5.3.3  基于.DFr的脈沖多普勒處理的匹配濾波器和濾波器組解釋    5.3.4  精細多普勒估計    5.3.5  脈沖多普勒處理的現(xiàn)代譜估計    5.3.6  駐留間參差  5.4  脈沖對處理  5.5  其他多普勒處理問題    5.5.1  MTI和脈沖多普勒級聯(lián)處理    5.5.2  暫態(tài)影響    5.5.3  PRF體制和模糊解決  5.6  雜波圖和運動目標檢測器    5.6.1  雜波圖    5.6.2  運動目標檢測器  5.7  運動平臺的MTI：自適應偏移相位中心天線處理    5.7.1  DPCA概念    5.7.2  自適應DPCA  參考文獻第6章  檢測基礎原理  6.1  雷達假設檢驗檢測    6.1.1  奈曼-皮爾遜準則    6.1.2  似然比檢驗  6.2  相干系統(tǒng)中的門限檢測    6.2.1  相干接收器的高斯情況    6.2.2  未知參數和門限檢測    6.2.3  線性檢測算子和平方律檢測算子    6.2.4  其他未知參數  6.3  雷達信號的門限檢測    6.3.1  相干、非相干和二元積累    6.3.2  非起伏目標    6.3.3  Albersheim方程    6.3.4  起伏目標    6.3.5  Shnidman方程  6.4  二元積累  6.5  有用的數值近似    6.5.1  誤差方程近似    6.5.2  幅度函數近似  參考文獻第7章  恒虛警率檢測  7.1  未知干擾對虛警概率的影響  7.2  單元平均CFAR    7.2.1  P變化所產生的影響    7.2.2  單元平均CFAR的概念    7.2.3  CFAR參考窗  7.3  單元平均CFAR分析    7.3.1  單元平均CFAR門限的推導    7.3.2  單元平均CFAR的性能    7.3.3  恒虛警損失  7.4  單元平均CFAR的局限    7.4.1  目標遮蔽效應    7.4.2  雜波邊緣效應  7.5  單元平均CFAR的改進方法  7.6  有序統(tǒng)計CFAR  7.7  CFAR有關其他主題    7.7.1  自適應CFAR    7.7.2  兩參數CFAR    7.7.3  雜波圖CFAR    7.7.4  非參量CFAR    7.7.5  虛警概率的系統(tǒng)級控制  參考文獻第8章  合成孔徑成像技術  8.1  合成孔徑雷達基礎    8.1.1  雷達橫向分辨力    8.1.2  合成孔徑的觀點    8.1.3  多普勒的觀點    8.1.4  SAR的場景覆蓋和采樣  8.2  條帶式SAR的數據特性    8.2.1  條帶式SAR的成像幾何    8.2.2  條帶式SAR的回波數據特性  8.3  條帶SAR的成像算法    8.3.1  多普勒波束銳化    8.3.2  二次相位誤差的影響    8.3.3  距離-多普勒算法    8.3.4  聚焦深度  8.4  聚束SAR的數據特性  8.5  聚束SAR的極坐標格式成像算法  8.6  干涉SAR技術    8.6.1  地面高程在SAR圖像中的表現(xiàn)    8.6.2  IFSAR處理步驟  8.7  其他考慮    8.7.1  SAR運動補償和自聚焦    8.7.2  自聚焦　　8.7.3  相干斑抑制  參考文獻第9章  波束形成和空一時二維自適應處理導論  引言  9.1  空域濾波    9.1.1  常規(guī)波束形成    9.1.2  自適應波束形成    9.1.3預處理后的自適應波束形成  9.2  空-時信號環(huán)境  9.3  空-時信號建模  9.4  空-時信號處理    9.4.1  最優(yōu)匹配濾波    9.4.2  STAP性能測度    9.4.3  STAP與DPCA(偏移相位中心天線處理)之間的關系    9.4.4  自適應匹配濾波  9.5  STAP計算問題    9.5.1  功率域解    9.5.2  功率域解的運算量    9.5.3  電壓域解及運算量    9.5.4  運算速率  9.6  降維STAP  9.7  高級STAP算法和分析  9.8  STAP限锘參考文獻附錄A  縮略詞語表

章節(jié)摘錄

　　第1章　雷達系統(tǒng)導論　　1.1　雷達的歷史和應用　　英文中的“radar”（雷達）一詞原本是一個縮略語（RADAR），表示“radio detection and ranging”（無線電檢測與測距）。而今天，由于它已經成為一項非常廣泛實用的技術，“radar”一詞也就變成了一個標準的英文名詞。很多人對它的直接體驗是它可以用來測量棒球或者汽車的速度。　　雷達的歷史可以追溯到現(xiàn)代電磁理論發(fā)展的早期（Swords，1986；Skolink，2001）。1886年，Heitz證明了無線電波具有反射的特性，并且1900年Tesla在一次訪談中描述了電磁檢測和速度測量的概念。1903年和1904年，德國工程師Hulsmeyer利用電磁波的反射進行了艦船檢測的實驗。1922年Marconi又對這一概念進行了廣泛宣傳，同年，美國海軍實驗室的Taylor和Young用實驗證實雷達可以對艦船進行檢測，1930年該實驗室的Hyland首次用雷達檢測到了飛機，雖然這是一個偶然的發(fā)現(xiàn)，但它引起了科技人員更深入的研究，最終，于1934年誕生了一項現(xiàn)在稱為連續(xù)波雷達的美國專利?！　±走_技術的快速發(fā)展和擴散是在20世紀30年代的中后期。在此期間，美國、英國、法國、德國、俄國、意大利和日本都獨立開展研究，取得了重大進展。在美國，海軍實驗室的R.M.Page于1934年開始研發(fā)脈沖雷達，1936年首次驗證實驗成功。1936年美國軍用信號公司也積極開展雷達研究工作，并于1938年研制出第一部實用的雷達系統(tǒng)——SCR一268對空火控雷達，1939年研制出SCR-270預警雷達，遺感的是，其在珍珠港的檢測結果被忽視了。由于受到戰(zhàn)爭威脅的激勵，英國的Watson—Watt于1935年積極地開展雷達的研究，同年完成了脈沖雷達的驗證。1938年英國建成了著名的ChainHome監(jiān)視雷達網絡，該網絡一直工作到二戰(zhàn)結束。在1939年，英國還研制了第一臺機載截獲雷達。1940年，美國和英國開始在雷達研究方面交換情報。截止到此，絕大多數雷達都工作在高頻（HF）和甚高頻（VHF）頻段。但是，英國研究人員揭示了臨界腔體微波功率磁控管的奧秘，而美國在麻省理工學院建立了輻射實驗室，這二者奠定了微波頻段雷達成功發(fā)展的基礎，此后微波雷達成為主流。

編輯推薦

　　這本嚴謹的著作源自于一位該領域令人尊敬的領導者，它提供了其他文獻中所沒有的關于雷達DSP基礎及其應用的詳細內容。 對于那些不只想從普通雷達系統(tǒng)的書籍中粗略學習信號處理，還想學到更多關于信號模型、波形、干擾抑制、探測，以及諸如SAR和SFAP等高級雷達信號處理主題的人而言，本書是非常合適的。 經過多年研究生和職業(yè)教育的完善與檢驗，這本深入介紹雷達DSP技術的書籍，以現(xiàn)有的先進雷達技術為基礎，全面討論了以下幾方面的問題，并提供了詳盡的例子：多域信號獲取和采樣、目標和干擾模型、常見雷達波形、干擾抑制技術、檢測算法和工具、合成孔徑成像和自適應陣列處理基礎。

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