雷达信号处理方面的经典著作
本书作者为国际著名雷达信号处理专家。该书介绍了雷达系统与信号处理的基本理论和方法,包括雷达系统与信号处理概述、雷达信号模型、脉冲雷达数据采集、雷达波形、多普勒处理、检测基础原理、测量与跟踪、合成孔径雷达成像技术及干涉合成孔径雷达、波束形成和空-时处理的介绍。书中包含了大量反映雷达信号处理*新研究成果和当前研究热点的补充内容,提供了大量有助于读者深入探究的示例。该书对基础理论和方法进行了详尽介绍与深入严谨的论述。
Mark A. Richards博士为佐治亚理工学院电气与计算机工程学院首席研发工程师和兼职教授,因对雷达信号处理教育的贡献入选IEEE会士,致力于数字信号处理和雷达信号处理领域的学术研究、继续教育教学和课程开发。
第1章 雷达系统与信号处理概述 1
1.1 雷达的历史和应用 1
1.2 雷达的基本功能 2
1.3 脉冲体制雷达的基本组成 4
1.3.1 发射机和波形产生器 5
1.3.2 天线 7
1.3.3 接收机 11
1.4 雷达信号处理的共同主线 14
1.4.1 信干比与积累 15
1.4.2 分辨率 16
1.4.3 数据积累与相位历程建模 18
1.4.4 带宽扩展 20
1.5 基本雷达信号处理概述 21
1.5.1 雷达的时间尺度 22
1.5.2 现象学 22
1.5.3 信号调节和干扰抑制 23
1.5.4 成像 25
1.5.5 检测 27
1.5.6 测量与跟踪滤波器 28
1.6 雷达文献 29
1.6.1 雷达系统和组成 29
1.6.2 基本雷达信号处理 29
1.6.3 高级雷达信号处理 29
1.6.4 雷达的应用 30
1.6.5 当前的雷达研究 30
参考文献 30
习题 32
第2章 信号模型 34
2.1 雷达信号的组成 34
2.2 幅度模型 35
2.2.1 简单点目标的雷达距离方程 35
2.2.2 分布式目标的距离方程 37
2.2.3 雷达截面积 42
2.2.4 气象目标的雷达截面积 43
2.2.5 雷达截面积的统计描述 44
2.2.6 目标起伏模型 54
2.2.7 Swerling模型 57
2.2.8 目标起伏对多普勒谱的影响 58
2.3 杂波 59
2.3.1 ? 0的性质 59
2.3.2 信杂比 61
2.3.3 杂波的时间和空间相关性 61
2.3.4 雷达截面积的混合模型 63
2.4 噪声模型和信噪比 64
2.5 干扰 67
2.6 频率模型:多普勒频移 67
2.6.1 多普勒频移 67
2.6.2 停-跳近似和相位历程 71
2.6.3 多普勒频移的测量:空间多普勒
频移 72
2.7 空间模型 73
2.7.1 相干散射 74
2.7.2 随角度的变化 75
2.7.3 随距离的变化 77
2.7.4 非相干积累 78
2.7.5 投影 79
2.7.6 多径 79
2.8 谱模型 80
2.9 总结 81
参考文献 82
习题 83
第3章 脉冲雷达数据采集 87
3.1 脉冲雷达数据的获取与存储
结构 87
3.1.1 单脉冲:快时间 87
3.1.2 多脉冲:慢时间和相参处理
时间 89
3.1.3 多普勒和距离模糊 91
3.1.4 多通道:数据立方 94
3.1.5 驻留时间 95
3.2 多普勒频谱采样 96
3.2.1 多普勒频谱内的奈奎斯特速率 96
3.2.2 跨越损失 98
3.3 空间和角度维采样 101
3.3.1 空间阵列采样 101
3.3.2 角度采样 102
3.4 I/Q通道不均衡以及数字I/Q 104
3.4.1 I/Q通道不均衡及其补偿 104
3.4.2 I/Q通道误差校正 106
3.4.3 数字I/Q 108
参考文献 111
习题 112
第4章 雷达波形 114
4.1 简介 114
4.2 波形匹配滤波器 115
4.2.1 匹配滤波器 115
4.2.2 简单脉冲匹配滤波器 117
4.2.3 全距离匹配滤波器 118
4.2.4 跨越损失 119
4.2.5 匹配滤波器的距离分辨率 119
4.3 动目标的匹配滤波 120
4.4 模糊函数 122
4.4.1 模糊函数的定义和性质 122
4.4.2 简单脉冲的模糊函数 124
4.5 脉冲串波形 126
4.5.1 脉冲串波形的匹配滤波器 126
4.5.2 逐个脉冲处理 127
4.5.3 距离模糊 129
4.5.4 脉冲串波形的多普勒响应 131
4.5.5 脉冲串波形的模糊函数 132
4.5.6 慢时间频谱和模糊函数
的关系 135
4.6 调频脉冲压缩波形 136
4.6.1 线性调频脉冲压缩波形 137
4.6.2 驻相原理 139
4.6.3 LFM波形的模糊函数 140
4.6.4 距离-多普勒耦合 142
4.6.5 展宽处理 143
4.7 FM波形的距离旁瓣控制 147
4.7.1 匹配滤波器频率响应整形 147
4.7.2 匹配滤波器脉冲响应整形 149
4.7.3 波形频谱整形 149
4.8 步进频率波形 151
4.9 步进线性调频波形 155
4.10 相位调制脉冲压缩信号 155
4.10.1 二相编码 156
4.10.2 多相编码 160
4.10.3 失配相位编码滤波器 163
4.11 Costas频率编码 164
4.12 连续波雷达 165
参考文献 165
习题 166
第5章 多普勒处理 170
5.1 运动平台对多普勒谱的影响 171
5.2 运动目标指示 174
5.2.1 脉冲对消器 175
5.2.2 匹配滤波器的矢量表示 177
5.2.3 杂波抑制的匹配滤波器 178
5.2.4 盲速和参差脉冲重复频率 181
5.2.5 质量图 186
5.2.6 MTI性能限制 190
5.3 脉冲多普勒处理 192
5.3.1 运动目标的离散时间傅里叶
变换 193
5.3.2 DTFT采样:离散傅里叶
变换 196
5.3.3 噪声的离散傅里叶变换 197
5.3.4 脉冲多普勒处理增益 198
5.3.5 基于DFT的脉冲多普勒处理的
匹配滤波器和滤波器组解释 198
5.3.6 精细多普勒估计 200
5.3.7 脉冲多普勒处理的现代谱
估计 204
5.3.8 相干处理间隔间参差和
盲区图 205
5.4 脉冲对处理 208
5.5 其他多普勒处理问题 213
5.5.1 MTI和脉冲多普勒级联处理 213
5.5.2 暂态影响 213
5.5.3 脉冲重复频率体制 214
5.5.4 模糊解决 218
5.6 杂波图和动目标检测器 220
5.6.1 杂波图 220
5.6.2 动目标检测器 222
5.7 运动平台的MTI:自适应偏移
相位中心天线处理 222
5.7.1 偏移相位中心天线概念 222
5.7.2 自适应DPCA 224
参考文献 228
习题 229
第6章 检测基础原理 233
6.1 雷达假设检验检测 233
6.1.1 奈曼-皮尔逊检测准则 234
6.1.2 似然比检验 235
6.2 相干系统中的阈值检测 241
6.2.1 相干接收机的高斯情况 242
6.2.2 未知参数和阈值检测 244
6.2.3 线性检测算子和平方律检测
算子 249
6.2.4 其他未知参数 249
6.3 雷达信号的阈值检测 251
6.3.1 相干、非相干和二元积累 252
6.3.2 非起伏目标 253
6.3.3 Albersheim方程 256
6.3.4 起伏目标 259
6.3.5 Shnidman方程 262
6.4 二元积累 263
6.5 恒虚警概率检测 266
6.5.1 未知干扰对虚警概率的影响 266
6.5.2 单元平均CFAR 268
6.5.3 单元平均CFAR分析 270
6.5.4 单元平均CFAR的局限 274
6.5.5 单元平均CFAR的改进方法 278
6.5.6 有序统计CFAR 282
6.5.7 有关CFAR的其他问题 284
6.6 虚警概率的系统级控制 290
参考文献 290
习题 292
第7章 测量与跟踪 295
7.1 估计量 296
7.1.1 估计量的性质 296
7.1.2 克拉美罗下界 298
7.1.3 CRLB和信噪比 299
7.1.4 最大似然估计量 300
7.2 距离、多普勒、角度估计量 301
7.2.1 距离估计量 301
7.2.2 多普勒信号估计 311
7.2.3 角度估计 317
7.3 跟踪导论 329
7.3.1 序贯最小二乘估计 329
7.3.2 ??? 滤波器 333
7.3.3 卡尔曼滤波 336
7.3.4 跟踪周期 341
参考文献 345
习题 346
第8章 合成孔径成像技术 350
8.1 合成孔径雷达基础 353
8.1.1 雷达横向分辨率 353
8.1.2 合成孔径的观点 354
8.1.3 多普勒的观点 360
8.1.4 SAR的场景覆盖和采样 361
8.2 条带式SAR的数据特性 364
8.2.1 条带式SAR的成像几何 364
8.2.2 条带式SAR的回波数据特性 367
8.3 条带式SAR的成像算法 369
8.3.1 多普勒波束锐化 369
8.3.2 二次相位误差的影响 372
8.3.3 距离-多普勒算法 375
8.3.4 聚焦深度 379
8.4 聚束式SAR的数据特性 380
8.5 聚束式SAR的极坐标格式成像
算法 384
8.6 干涉SAR技术 386
8.6.1 地面高程在SAR图像中
的表现 386
8.6.2 IFSAR处理步骤 389
8.7 其他考虑 393
8.7.1 SAR运动补偿和自聚焦 393
8.7.2 自聚焦 396
8.7.3 相干斑抑制 401
参考文献 402
习题 404
第9章 波束形成和空-时二维自适应
处理导论 407
9.1 空域滤波 407
9.1.1 常规波束形成 407
9.1.2 自适应波束形成 410
9.1.3 预处理后的自适应波束形成 414
9.2 空-时信号环境 416
9.3 空-时信号建模 418
9.4 空-时信号处理 422
9.4.1 最优匹配滤波 422
9.4.2 STAP性能测度 422
9.4.3 STAP与偏移相位中心天线处理
之间的关系 426
9.4.4 自适应匹配滤波 428
9.5 降维STAP 430
9.6 高级STAP算法和分析 431
9.7 STAP限制 433
参考文献 434
习题 435
附录A 有关概率论和随机过程的课题 437
附录B 有关数字信号处理的几个课题 459
这本书的深度和广度真的让我眼前一亮,远超我之前的预期。我一直以为“基础”这个词意味着内容会比较浅显,但事实证明我大错特错了。它在很多关键技术上的讲解,都做到了深入浅出,比如关于多普勒效应的应用,这本书就从最基本的物理原理讲起,然后逐步深入到各种多普勒处理技术,像MTI(动目标显示)和MTD(动目标检测),对它们的原理、优缺点以及实际应用场景都做了详细的阐述。我特别欣赏它在数学推导上的严谨性,虽然有时候看得我脑袋有点疼,但仔细跟着推导过程,会发现每一个公式、每一个步骤都有其合理的逻辑,这让我对算法的理解更加透彻,而不是停留在“知其然”的层面。而且,书中还涉及了许多高级的信号处理技术,例如自适应滤波、动目标跟踪等,这些都是我之前在其他资料上看到的,但理解起来总是模棱两可,在这本书里,它们被系统地整合在一起,讲解得更加清晰明了。我印象最深刻的是关于杂波抑制的部分,它不仅讲了经典的滤波器设计,还提到了更现代的基于统计学和机器学习的方法,让我看到了雷达信号处理技术发展的趋势。这本书就像一个宝藏,每翻开一页,都能挖掘出新的知识点,让我对雷达信号处理这个领域有了更全面、更深刻的认识。
评分对于想要系统学习雷达信号处理的同行来说,这本书绝对是一个绝佳的选择。我个人在工作中经常会接触到一些雷达系统的数据,但之前对信号处理的理解总感觉隔靴搔痒,直到我开始阅读这本书。它不仅仅是理论的堆砌,更重要的是,它提供了一种解决问题的思路和方法。比如在介绍脉冲压缩的时候,它不仅讲了匹配滤波的基本原理,还详细探讨了各种非线性调频信号的设计,以及它们在实际应用中如何降低旁瓣,提高距离分辨率。这让我理解了为什么在不同的应用场景下,需要选择不同的波形。更让我惊喜的是,书中对目标特性的分析也相当到位,比如关于目标散射截面积(RCS)的统计特性,以及它如何影响雷达的探测能力,这一点在实际的雷达性能评估中非常重要。书中的图表和公式都是精心挑选和设计的,能够有效地辅助理解。虽然我还没有将书中的所有内容都完全消化,但我已经能够感觉到,它正在帮助我建立起一个更扎实的理论框架,并且能更好地理解和分析雷达系统的实际性能。我非常期待能把书中的知识运用到我的工作中,去解决一些更复杂的问题。
评分这本书给我的感受就像是在一场精密的仪器讲解会,每一个细节都处理得恰到好处。我之所以选择这本书,主要是想深入理解雷达在复杂环境下如何工作,特别是关于杂波和干扰的处理。这本书在这方面的内容可以说非常扎实。它从杂波的生成机理开始,详细分析了地杂波、海杂波、天气杂波的特点,然后一步步介绍了各种抑制杂波的方法,包括传统的空域、时域滤波,以及更先进的自适应滤波技术。特别是在介绍合成孔径雷达(SAR)的信号处理时,它深入讲解了运动补偿、距离徙动校正等关键技术,这对于我理解SAR图像的形成过程非常有帮助。此外,关于干扰的章节也让我大开眼界,它分析了各种类型的电子干扰,以及相应的抗干扰措施。书中对一些算法的讲解,并不是简单地给出公式,而是结合了实际的雷达系统模型,让读者能够理解算法在实际应用中的可行性和局限性。读完之后,我感觉自己对雷达系统的鲁棒性有了更深刻的认识,也了解了在恶劣环境下如何通过精巧的信号处理来保证雷达的有效工作。
评分这本书我算是看了有几个月了,一开始是被它的名字吸引,《雷达信号处理基础》,听起来就很扎实,也很吸引我这个初涉雷达领域的人。拿到手后,它确实给了我一种厚重感,纸张的质感不错,排版也比较清晰,看起来就让人有学习的欲望。我特别喜欢它开头部分的铺垫,不是上来就讲复杂的数学公式,而是先从雷达的基本原理讲起,比如雷达是怎么工作的,它的核心组成部分是什么,信号是怎么产生的,又是怎么被接收和处理的。这个过程让我对雷达这个系统有了整体的认知,而不是像之前那样零散地知道一些概念。尤其是关于波形设计和目标回波的生成,讲得非常细致,配图也很直观,让我能够理解为什么不同的雷达会有不同的工作方式,以及目标特性是如何影响回波信号的。书中的一些案例分析也很有帮助,能够将理论知识与实际应用联系起来,虽然我还没到实际操作的阶段,但光是看这些分析,就已经觉得收获良多,对于以后遇到实际问题的时候,能有一个大致的思路去解决。总的来说,这本书为我打下了坚实的基础,让我对雷达信号处理这个领域有了更清晰的认识和更浓厚的兴趣,感觉像是在一栋大厦前,它给了我一个稳固的地基,让我知道接下来可以建造什么。
评分我一直对雷达的探测原理感到好奇,尤其是如何从复杂的环境中提取出微弱的目标信号。这本书正好满足了我的这个需求。它在描述目标探测的时候,不仅仅是讲一个简单的阈值判决,而是深入探讨了各种探测算法,比如CFAR(恒虚警率)检测器的原理和不同类型,以及它们在不同噪声和杂波背景下的性能表现。我特别喜欢书中关于雷达测量精度分析的部分,它详细讲解了测量误差的来源,以及如何通过信号处理来提高测量精度,这对于理解雷达的定位和跟踪能力至关重要。书中还涉及了一些关于雷达目标识别和分类的初步内容,虽然这部分不是全书的重点,但它为我打开了新的视野,让我知道雷达不仅仅是用来探测和跟踪,还可以用来识别目标。整体而言,这本书的讲解风格非常系统和循序渐进,对于我这样希望从零开始建立起对雷达信号处理完整认识的读者来说,非常友好。它就像一位经验丰富的老师,一步步引导我进入雷达信号处理的奇妙世界,让我对这个领域充满了敬畏和探索的欲望。
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