雷达信号处理基础(第2版)

本书作者为国际有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近期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。

理查兹(Mark A. Richards)：博士，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 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 优选似然估计量 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 很优匹配滤波 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 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