雷達(dá)成像與信號(hào)分析時(shí)頻變換

前言

　　聯(lián)合時(shí)頻信號(hào)分析方法的開發(fā)與研究是目前熱門的研究領(lǐng)域，許多國(guó)際會(huì)議和學(xué)術(shù)研討會(huì)都以其為討論主題?！　÷?lián)合時(shí)頻信號(hào)分析的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)已經(jīng)建立了很多年，也得到充分的理論理解，但是，實(shí)時(shí)信號(hào)處理和結(jié)果的高效可視化所需的計(jì)算量卻一直極大地超出常規(guī)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。而今，隨著具有足夠計(jì)算和圖形顯示能力的工作站及個(gè)人電腦的出現(xiàn)，完全可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的時(shí)頻變換，并對(duì)譜信號(hào)結(jié)構(gòu)的時(shí)間相進(jìn)行動(dòng)態(tài)可視化。這些工作站和電腦正是開發(fā)聯(lián)合時(shí)頻域方法應(yīng)用于雷達(dá)信號(hào)分析及運(yùn)動(dòng)目標(biāo)成像所需的工具?！　r.chen和Dr.Ling各自致力于尋找將聯(lián)合時(shí)頻域處理應(yīng)用到雷達(dá)信號(hào)分析、雷達(dá)成像和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)特征提取方面的新方法，他們將其研究成果融合到本書中，形成了第一本全面描述適于雷達(dá)應(yīng)用的聯(lián)合時(shí)頻域處理方法的專業(yè)著作?！　”緯_始簡(jiǎn)要回顧了雷達(dá)與時(shí)頻變換，以此作為理解聯(lián)合時(shí)頻處理方法如何能提高常規(guī)的時(shí)域或頻域處理方法的基礎(chǔ)。接下來(lái)詳細(xì)闡述了聯(lián)合時(shí)頻處理在雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)、距離像分析、合成孔徑雷達(dá)成像、逆合成孔徑雷達(dá)成像以及微多普勒信號(hào)分析方面的優(yōu)勢(shì)。最后一章闡明雷達(dá)應(yīng)用方面時(shí)頻變換的當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)，簡(jiǎn)述了一些目前研究的課題?？傊緯瓤捎糜诮虒W(xué)又可用于研究，書中附有大量插圖以方便讀者對(duì)實(shí)際內(nèi)容進(jìn)行理解。

內(nèi)容概要

　　《雷達(dá)成像與信號(hào)分析時(shí)頻變換》開始簡(jiǎn)要回顧了雷達(dá)與時(shí)頻變換，以此作為理解聯(lián)合時(shí)頻處理方法如何能提高常規(guī)的時(shí)域或頻域處理方法的基礎(chǔ)。接下來(lái)詳細(xì)闡述了聯(lián)合時(shí)頻處理在雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)、距離像分析、合成孔徑雷達(dá)成像、逆合成孔徑雷達(dá)成像以及微多普勒信號(hào)分析方面的優(yōu)勢(shì)。最后一章闡明雷達(dá)應(yīng)用方面時(shí)頻變換的當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)，簡(jiǎn)述了一些目前研究的課題?？傊?，《雷達(dá)成像與信號(hào)分析時(shí)頻變換》既可用于教學(xué)又可用于研究，書中附有大量插圖以方便讀者對(duì)實(shí)際內(nèi)容進(jìn)行理解。

作者簡(jiǎn)介

　　Victor C.Chen 在俄亥俄州克里夫蘭的凱斯西儲(chǔ)大學(xué)（Case westem Resetve university）分別獲得電氣工程專業(yè)碩士和博士學(xué)位。從1990年開始，在位于華盛頓的美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室雷達(dá)部門工作，是若干研究項(xiàng)目的主要負(fù)責(zé)人，研究領(lǐng)域包括合成孔徑雷達(dá)、逆合成孔徑雷達(dá)、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、非合作目標(biāo)識(shí)別以及時(shí)頻變換在雷達(dá)信號(hào)和成像方面的應(yīng)用等。在加人海軍研究實(shí)驗(yàn)室之前，他是高級(jí)工程師，曾在馬里蘭州西爾弗斯普林（Silver-Spring）的Virtm公司、俄亥俄州克里夫蘭的Picker國(guó)際公司以及俄亥俄州Solon的Technicare公司擔(dān)任研究人員，其主要研究包括圖像處理、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、三維運(yùn)動(dòng)視覺(jué)、核磁共振成像（MRI）以及其他一些醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)等。（2hen博士已經(jīng)發(fā)表了80多篇著作、期刊和會(huì)議論文等?！　ao Ling 1959年9月26日出生于中國(guó)臺(tái)灣省臺(tái)中市。于1982年在麻省理工學(xué)院獲得電氣工程與物理學(xué)專業(yè)學(xué)士學(xué)位，并分別于1983年和1986年在伊利諾伊大學(xué)Urbana.Champaign分校獲得電氣工程專業(yè)碩士和博士學(xué)位。1986年9月開始在得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校任教，現(xiàn)任電氣與計(jì)算機(jī)工程系教授?！　?982年，在IBM紐約的Thomas J.Watson研究中心的Josephson部門領(lǐng)導(dǎo)低溫實(shí)驗(yàn)。1987年參與了美國(guó)Lawrenee Livermore國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的夏季訪問(wèn)講學(xué)計(jì)劃，1990年是Hanscom空軍基地的羅馬航空發(fā)展中心的“美國(guó)空軍夏季訪問(wèn)學(xué)者”（Air：Force Summer Fellow）。其主要研究領(lǐng)域是計(jì)算電磁學(xué)。在過(guò)去的10年里，他主要致力于用數(shù)值漸進(jìn)方法提取復(fù)雜目標(biāo)雷達(dá)橫截面的研究。目前的研究興趣包括雷達(dá)信號(hào)處理、雷達(dá)圖像仿真的快速算法以及自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別等?！　ing博士，IEEE會(huì)士，獲得1987年美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)院長(zhǎng)青年研究獎(jiǎng)、1991年美國(guó)宇航局（NASA）致謝書，并多次獲得得克薩斯大學(xué)的教學(xué)獎(jiǎng)。

書籍目錄

1 緒論1.1 目標(biāo)的電磁后向散射1.2 雷達(dá)信號(hào)和噪聲1.2.1 信號(hào)波形1.2.2 信噪比1.3 雷達(dá)模糊函數(shù)和匹配濾波器1.3.1 雷達(dá)模糊函數(shù)1.3.2 匹配濾波器1.3.3 脈沖壓縮1.4 合成孔徑雷達(dá)成像1.4.1 距離像1.4.2 距離分辨率1.4.3 橫向距離分辨率2 時(shí)頻變換2.1 線性時(shí)頻變換2.I.1 短時(shí)間傅立葉變換STFT2.1.2 連續(xù)小波變換（CWT）2.1.3 自適應(yīng)時(shí)頻表示法2.2 雙線性時(shí)頻變換2.2.1 WVD2.2.2 Cohen類2.2.3 TFDS3 噪聲中信號(hào)的檢測(cè)與提取3.1 導(dǎo)言3.2 時(shí)變頻率濾波3.3 時(shí)頻域的信噪比改善3.3.1 適合信號(hào)檢測(cè)和提取的信噪比定義3.3.2 聯(lián)合時(shí)頻域中的信噪比3.4 聯(lián)合時(shí)頻域中的CFAR檢測(cè)3.5 聯(lián)合時(shí)頻域的信號(hào)提取3.5.1 時(shí)頻延拓和重建3.5.2 時(shí)頻掩膜和信號(hào)提取4 雷達(dá)距離像的時(shí)頻分析4.1 后向散射數(shù)據(jù)中的電磁現(xiàn)象學(xué)4.2 距離像的時(shí)頻表示法4.3 高分辨率時(shí)頻技術(shù)在散射數(shù)據(jù)上的應(yīng)用4.3.1 CWT的應(yīng)用4.3.2 TFDS的應(yīng)用4.3.3 加窗超分辨算法4.3.4 自適應(yīng)高斯表示法4.4 利用時(shí)頻處理從雷達(dá)圖像中提取分散散射特征5 基于時(shí)頻分析的雷達(dá)成像5.1 動(dòng)目標(biāo)雷達(dá)成像5.2 標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和基于傅立葉變換的成像方法5.3 基于時(shí)頻的成像方法5.4 機(jī)動(dòng)目標(biāo)的雷達(dá)成像5.4.1 機(jī)動(dòng)目標(biāo)的動(dòng)態(tài)特性5.4.2 基于時(shí)頻的機(jī)動(dòng)目標(biāo)雷達(dá)成像5.5 多目標(biāo)雷達(dá)成像5.5.1 多目標(biāo)分辨率分析5.5.2 基于時(shí)頻的多目標(biāo)相位補(bǔ)償5.5.3 多目標(biāo)的雷達(dá)時(shí)頻成像方法5.6 總結(jié)6 利用時(shí)頻技術(shù)的ISAR成像運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償6.1 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法6.2 基于時(shí)頻的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償6.2.1 利用自適應(yīng)時(shí)頻投影估計(jì)相位6.2.2 運(yùn)動(dòng)誤差消除6.3 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償實(shí)例6.4 三維目標(biāo)運(yùn)動(dòng)7 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)SAR成像7.1 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)雷達(dá)回波7.1.1 距離彎曲7.1.2 雜波帶寬7.1.3 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)雷達(dá)回波分析7.2 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)對(duì)sAR成像的影響7.3 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和成像7.3.1 單孔徑天線SAR7.3.2 多天線SAR7.4 基于時(shí)頻變換的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)SAR成像7.4.1 基于時(shí)頻變換的多普勒參數(shù)估計(jì)7.4.2 基于時(shí)頻SAR成像的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)8 微多普勒現(xiàn)象時(shí)頻分析8.1 振動(dòng)引起的微多普勒8.1.1 振動(dòng)散射體的時(shí)頻特征8.1.2 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)微多普勒特征實(shí)例8.2 旋轉(zhuǎn)引起的微多普勒頻移8.2.1 螺旋槳運(yùn)動(dòng)8.2.2 螺旋槳的雷達(dá)回波8.2.3 旋轉(zhuǎn)引起調(diào)制的時(shí)域特征8.2.4 頻域特征8.2.5 時(shí)頻特征9 時(shí)頻變換在雷達(dá)應(yīng)用方面的趨勢(shì)9.1 自適應(yīng)時(shí)頻變換的應(yīng)用9.2 后向散射特征提取9.3 成像方法9.4 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償9.5 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)9.6 微多普勒分析縮略語(yǔ)

章節(jié)摘錄

　　5　基于時(shí)頻分析的雷達(dá)成像　　雷達(dá)成像是從所記錄的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)中重建雷達(dá)目標(biāo)圖像。所有的成像技術(shù)都是將三維目標(biāo)空間投影到二維圖像平面。雷達(dá)圖像是三維目標(biāo)在二維距離一橫向距離平面的映射。雷達(dá)系統(tǒng)產(chǎn)生圖像，需要三個(gè)主要部分：發(fā)射機(jī)、目標(biāo)、接收機(jī)。發(fā)射機(jī)發(fā)射一串脈沖到待成像的目標(biāo)，然后接收機(jī)記錄從目標(biāo)反射回來(lái)的脈沖，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理來(lái)重建目標(biāo)圖像。　　為了得二維的距離一橫向距離圖像，記錄的原始數(shù)據(jù)需要重新排列成二維形式。雷達(dá)圖像的距離分辨率和雷達(dá)發(fā)射信號(hào)帶寬直接相關(guān)，橫向距離分辨率由天線的有效波束寬度決定，即與天線孔徑的有效長(zhǎng)度成反比。正如在第1章中介紹的，為了不使用大的真實(shí)天線孔徑卻能得到高的橫向距離分辨率，廣泛使用合成陣列處理，即由相對(duì)于目標(biāo)不同角度的一系列小孔徑獲得的信號(hào)相干組合，用以仿效從大孔徑獲得的結(jié)果。　　正如第1章提到的，SAR可以產(chǎn)生固定表面目標(biāo)和地形的高分辨率圖像，ISAR利用幾何學(xué)上逆過(guò)程來(lái)產(chǎn)生目標(biāo)圖像，即雷達(dá)是固定的而目標(biāo)是運(yùn)動(dòng)的。利用足夠高的多普勒分辨率，可以觀察到目標(biāo)上鄰近散射體的微多普勒頻移，也可以通過(guò)多普勒頻譜得到目標(biāo)反射率的分布情況。獲得多普勒信息的常規(guī)方法是基于傅立葉變換。通過(guò)對(duì)一串時(shí)間序列作傅立葉變換，可以形成一幅ISAR圖像。因此，常規(guī)的雷達(dá)圖像形成是基于傅立葉的成像方法?！　”菊轮校懻摶诟盗⑷~的成像方法，并介紹一種新的基于時(shí)頻的成像方法。第5.1節(jié)簡(jiǎn)要描述動(dòng)目標(biāo)雷達(dá)成像的背景知識(shí)和多普勒頻移的時(shí)變特性。第5.2節(jié)討論標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和成像，第5.3節(jié)介紹基于時(shí)頻的成像方法。第5.4節(jié)和第5.5節(jié)討論一些關(guān)于機(jī)動(dòng)目標(biāo)和多目標(biāo)雷達(dá)成像的問(wèn)題。

編輯推薦

　　《雷達(dá)成像與信號(hào)分析時(shí)頻變換》既可用于教學(xué)又可用于研究，書中附有大量插圖以方便讀者對(duì)實(shí)際內(nèi)容進(jìn)行理解。

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