雷達數據處理及應用

前言

　　雷達技術的發(fā)展進步和應用需求推動雷達數據處理技術不斷向前發(fā)展，雷達數據處理技術和優(yōu)化理論、信息論、檢測與估計、計算機科學等都有著緊密的聯系，是未來各種智能化系統的重要基礎之一。近年來，雷達數據處理技術無論在處理算法還是系統設計、硬件結構、實時處理軟件編程等方面都有了長足的發(fā)展和進步，其在雷達、聲吶、導航、通信、遙感、電子對抗、自動控制、生物醫(yī)學、地球物理、經濟學、社會學中都有良好的應用前景，受到了廣泛的重視。　　《雷達數據處理及應用》自2006年1月出版以來，受到廣大讀者的關注和厚愛，作者在此表示衷心的感謝。由于雷達數據處理理論、算法和應用的不斷發(fā)展，使我們迫切感覺到要對本書進行修訂并補充新的內容，以適應時代發(fā)展的需要。　　本書是在2006年由我們所編著《雷達數據處理及應用》的基礎上加以修改和增訂而成的，在力求具有較高科學性的前提下，從基本概念和基本濾波方法入手，全面、系統地向讀者介紹了雷達數據處理技術的發(fā)展情況與最新研究成果；在增強其邏輯性和可讀性的基礎上，對主要內容進行了補充和調整，增加了“群目標跟蹤”和“雷達數據處理性能評估”兩章，同時還對第一版中原有的各章節(jié)內容進行了不同程度的修改，加強了在同一仿真環(huán)境下對不同算法的仿真比較，以增強說服力。具體為：綜合近幾年雷達數據處理技術的發(fā)展，對雷達數據處理的研究現狀給予了更全面的闡述；將雷達數據處理中所包含的相關概念和主要內容之間的關系給予了更深刻的分析；充實了雷達數據處理所需的基礎理論，對時常參數估計部分的內容進行了完善，并在同一仿真環(huán)境下對線性和非線性濾波算法、高斯和非高斯噪聲情況下的非線性濾波方法進行了比較分析；充實了雷達數據處理中有關多目標跟蹤部分的內容，增加了簡化聯合概率數據互聯算法，同時壓縮了一些重復的內容，如刪減了修正的當前統計模型部分內容；增加了群目標跟蹤一章，并在分析群的分割、群的互聯和群速度估算三方面問題的基礎上，從群的起始算法入手，圍繞群的航跡更新、群的合并、群的分裂等多個方面研究了中心群目標跟蹤算法和編隊群目標跟蹤算法；補充了無源雷達數據處理一章的內容，增加了屬性信息數據互聯、機載ESM定位等內容，并將原來第3章的基于修正極坐標的無源跟蹤調整到該部分；對雷達組網數據處理技術一章進行了補充，增加了雙基地雷達數據壓縮可行性分析等內容；增加了雷達數據處理性能評估一章，并從平均航跡起始時間、航跡累積中斷次數、航跡模糊度、航跡累積交換次數、航跡精度、跟蹤機動目標能力、虛假航跡比例、發(fā)散度、有效度等幾個方面研究了雷達數據處理性能評估指標，同時分析了Monte Carlo方法、解析法、半實物仿真評估法、試驗法等雷達數據處理性能評估方法；進一步充實了雷達數據處理應用部分的內容，增加了帶Doppler量測的雷達目標跟蹤等內容。此外，根據近年來國內外最新的研究成果，本書增加了必要的參考文獻并對第一版中一些文字敘述不確切之處進行了修正?！　”緯谧珜懗霭孢^程中，煙臺海軍航空工程學院電子信息工程系王國宏教授與作者進行了一些有益的討論，提出了一些寶貴的修改意見；宋強博士生、王海鵬博士生、王本才博士生、張政超碩士生、劉小華碩士生等參加了本書部分內容的修改和校對工作，作者在此一并向他們表示謝意。作者還要感謝電子工業(yè)出版社，特別是王春寧編輯對本書按期高質量出版的大力支持。　　我們希望本書的出版，不僅給廣大從事信息工程、模式識別、軍事指揮等專業(yè)的科技人員提供一本可讀性較好的參考書，也為他們的工作和后續(xù)學習打下一定的理論基礎?！　┱垙V大讀者能一如既往地關心本書，并提出寶貴的意見和建議。聯系人：宋強聯系地址：山東煙臺海軍航空工程學院信息融合技術研究所（264001）。

內容概要

　　《雷達數據處理及應用（第2版）》是關于雷達數據處理理論及應用的一部專著，是作者們對國內外近年來該領域研究進展和自身研究成果的總結。全書由17章組成，主要內容有：雷達數據處理概述（包括研究目的、意義、歷史和現狀等），參數估計與線性濾波方法，非線性濾波方法，量測數據預處理技術，多目標跟蹤中的航跡起始，極大似然類多目標數據互聯方法，貝葉斯類多目標數據互聯方法，機動目標跟蹤，群目標跟蹤，多目標跟蹤終結理論與航跡管理，無源雷達數據處理，脈沖多普勒和相控陣雷達數據處理，雷達組網數據處理，雷達數據處理性能評估，雷達數據處理仿真技術，雷達數據處理的實際應用，以及關于雷達數據處理理論的回顧、建議與展望?！独走_數據處理及應用（第2版）》可供從事信息工程、C3I系統、雷達工程、電子對抗、紅外、聲吶、軍事指揮等專業(yè)的科技人員閱讀和參考，還可作為上述專業(yè)的高年級本科生或研究生教材，同時可供從事激光、機器人、遙感、遙測等領域的工程技術人員參考?！　D書目錄

作者簡介

　　何友，生于1956年10月，男，吉林磐石人。1982年畢業(yè)于海軍工程大學指控系統專業(yè)，獲學士學位；1988年在該校火力控制系統專業(yè)獲碩士學位；1991年10月至1992年11月在德國不倫瑞克工業(yè)大學作高級訪問學者；1997年在清華大學通信與信息系統專業(yè)獲博士學位?，F為海軍航空工程學院院長、教授、博士生導師；中國電子學會會士；中國電子學會雷達分會副主任委員；中國造船學會電子技術委員會委員；國家“863”專家；總裝備部專家組成員；《現代雷達》、《數據采集與處理》、《火力與指揮控制》、《雷達科學與技術》等雜志編委。主要研究領域有雷達自適應檢測方法、多傳感器信息融合、多目標跟蹤、分布檢測理論及應用、系統仿真與作戰(zhàn)模擬等。在國內外核心期刊和重要國際會議上發(fā)表論文200余篇，有150余篇論文被SCI、EI和ISTP等國際檢索收錄；出版專著5部。在科研成果中，獲國家科技進步二等獎2項；獲軍隊科技進步一等獎5項；二等獎4項；三等獎18項。榮立二等功4次、三等功2次。1999年入選國家“百千萬人才工程”第一、二層次；2000年獲“全國百篇優(yōu)秀博士論文獎”和中國科協“求是杰出青年實用工程獎”；2001年被教育部授予“全國優(yōu)秀教師”稱號，享受政府特殊津貼；2003年被授予“全國留學回國人員先進個人”榮譽稱號，并獲“全國留學回國人員成就獎”；2006年獲中圖人民解放軍專業(yè)技術重大貢獻獎。2007年當選黨的“十七大”代表。

書籍目錄

第1章 概述1.1 雷達數據處理的目的和意義1.2 雷達數據處理中的基本概念1.3 系統模型1.4 雷達數據處理技術研究的歷史與現狀1.5 本書的范圍和概貌第2章 參數估計與線性濾波方法2.1 引言2.2 參數估計2.2.1 參數估計的概念2.2.2 四種基本參數估計方法2.2.3 估計性質2.2.4 靜態(tài)向量情況下的參數估計2.3 卡爾曼濾波器2.3.1 系統模型2.3.2 濾波模型2.3.3 卡爾曼濾波器的初始化2.3.4 穩(wěn)態(tài)卡爾曼濾波器2.3.5 卡爾曼濾波算法應用舉例2.3.6 卡爾曼濾波器應用中應注意的一些問題2.4 濾波器2.4.1 濾波器2.4.2 自適應濾波器2.4.3 濾波算法應用舉例2.4.4 濾波器2.4.5 自適應濾波器2.5 其他線性濾波技術2.5.1 兩點外推濾波器2.5.2 線性自回歸濾波器2.6 卡爾曼濾波與其他線性濾波方法的性能比較2.7 狀態(tài)估計的一致性檢驗2.7.1 狀態(tài)估計誤差一致性檢驗2.7.2 新息的一致性檢驗2.7.3 新息的白度檢驗2.7.4 濾波器一致性檢驗的應用舉例2.8 小結第3章 非線性濾波方法3.1 引言3.2 擴展卡爾曼濾波器3.2.1 濾波模型3.2.2 線性化EKF濾波的誤差補償3.2.3 擴展卡爾曼濾波器應用中應注意的一些問題3.3 不敏卡爾曼濾波器3.3.1 不敏變換3.3.2 濾波模型3.3.3 仿真分析3.4 粒子濾波器3.4.1 系統狀態(tài)方程和傳感器量測模型3.4.2 濾波模型3.4.3 EKF、UKF、PF三種非線性濾波算法應用舉例3.5 小結第4章 量測數據預處理技術4.1 引言4.2 坐標變換4.2.1 坐標系4.2.2 坐標變換4.2.3 幾種常用坐標系的變換關系4.2.4 幾種常用坐標系中的跟蹤問題4.2.5 跟蹤坐標系與濾波狀態(tài)變量選擇4.3 野值剔除技術4.3.1 野值的定義、成因及分類4.3.2 野值的判別方法4.4 數據壓縮技術4.4.1 單雷達的數據壓縮4.4.2 多雷達系統中的數據壓縮4.5 小結第5章 多目標跟蹤中的航跡起始5.1 引言5.2 航跡起始波門的形狀和尺寸5.2.1 環(huán)形波門5.2.2 橢圓（球）波門5.2.3 矩形波門5.2.4 扇形波門5.3 航跡起始算法5.3.1 直觀法5.3.2 邏輯法5.3.3 修正的邏輯法5.3.4 Hough變換法5.3.5 修正的Hough變換法5.3.6 基于Hough變換和邏輯的航跡起始算法5.3.7 被動雷達航跡起始算法5.4 航跡起始算法的比較與分析5.5 航跡起始中的有關問題討論5.6 小結第6章 極大似然類多目標數據互聯方法6.1 引言6.2 航跡分叉法6.3 聯合極大似然算法6.4 0-1整數規(guī)劃法6.5 廣義相關法6.5.1 得分函數的建立6.5.2 廣義相關法的應用6.6 幾種極大似然類算法性能分析6.7 小結第7章 貝葉斯類多目標數據互聯方法7.1 引言7.2 最近鄰域法7.2.1 最近鄰域標準濾波器7.2.2 概率最近鄰域法7.3 概率數據互聯算法7.3.1 狀態(tài)更新與協方差更新7.3.2 互聯概率計算7.3.3 修正的PDAF算法7.3.4 性能分析7.4 聯合概率數據互聯算法7.4.1 JPDA算法的基本模型7.4.2 聯合事件概率的計算7.4.3 狀態(tài)估計協方差的計算7.4.4 簡化的JPDA算法模型7.4.5 性能分析7.5 最優(yōu)貝葉斯算法7.5.1 最優(yōu)貝葉斯算法模型7.5.2 算法的次優(yōu)實現7.6 多假設法7.6.1 假設的產生7.6.2 概率計算7.6.3 假設的簡化技巧7.7 性能分析7.8 小結第8章 機動目標跟蹤8.1 引言8.2 具有機動檢測的跟蹤算法8.2.1 可調白噪聲模型8.2.2 變維濾波算法8.2.3 輸入估計算法8.3 自適應跟蹤算法8.3.1 Singer模型算法8.3.2 當前統計模型算法8.3.3 Jerk模型算法8.3.4 多模型算法8.3.5 交互式多模型算法8.4 機動目標跟蹤算法性能比較8.4.1 仿真環(huán)境與參數設置8.4.2 仿真結果與分析8.5 小結第9章 群目標跟蹤9.1 引言9.2 群的起始9.2.1 群的定義9.2.2 群的分割9.2.3 群的互聯9.2.4 群速度的估計9.3 中心群目標跟蹤算法9.3.1 群航跡起始、確認和撤銷9.3.2 航跡更新9.3.3 其他問題的實現9.4 編隊群目標跟蹤算法9.4.1 編隊群目標跟蹤算法概述9.4.2 編隊群目標跟蹤算法的邏輯描述9.5 群目標跟蹤算法性能分析9.5.1 仿真環(huán)境9.5.2 仿真結果9.5.3 仿真分析9.6 小結第10章 多目標跟蹤終結理論與航跡管理10.1 引言10.2 多目標跟蹤終結理論10.2.1 序列概率比檢驗（SPRT）算法10.2.2 跟蹤門方法10.2.3 代價函數法10.2.4 Bayes算法10.2.5 全鄰Bayes算法10.2.6 算法性能分析10.3 航跡管理10.3.1 航跡號管理10.3.2 航跡質量管理10.4 小結第11章 無源雷達數據處理11.1 引言11.2 有源雷達的局限性及無源雷達的優(yōu)點11.3 無源雷達空間數據互聯11.3.1 相位變化率法11.3.2 多普勒變化率和方位聯合定位11.3.3 多模型法11.3.4 基于修正極坐標的被動跟蹤11.3.5 無源定位方法性能比較11.4 機載ESM定位11.5 無源雷達屬性數據關聯11.6 小結第12章 脈沖多普勒和相控陣雷達數據處理12.1 引言12.2 PD雷達數據處理12.2.1 PD雷達系統概述12.2.2 PD雷達數據的提取12.2.3 PD雷達濾波的典型算法12.3 相控陣雷達數據處理12.3.1 相控陣雷達系統概述12.3.2 相控陣雷達數據處理系統的功能和特點12.3.3 相控陣雷達的數據處理12.4 小結第13章 雷達組網數據處理13.1 引言13.2 雷達網的設計與分析13.2.1 雷達網性能評價指標13.2.2 雷達網優(yōu)化布站13.2.3 從抗干擾原則出發(fā)進行雷達布站仿真13.3 單基地雷達組網數據處理13.3.1 單基地雷達組網數據處理流程13.3.2 單基地雷達組網的狀態(tài)估計13.4 雙基地雷達組網數據處理13.4.1 雙基地雷達系統的基本定位關系13.4.2 雙基地雷達組合估計13.4.3 雙基地雷達組合估計可行性分析13.5 多基地雷達組網數據處理13.5.1 多基地雷達系統的跟蹤原理13.5.2 多基地雷達組網系統的觀測方程13.5.3 多基地跟蹤系統數據處理的一般過程13.6 航跡關聯13.7 誤差配準13.7.1 目標位置已知的誤差配準13.7.2 實時質量控制（RTQC）算法13.7.3 最小二乘（LS）算法13.7.4 廣義最小二乘（GLS）算法13.7.5 基于ECEF坐標系的廣義最小二乘（ECEF-GLS）算法13.7.6 仿真分析13.8 小結第14章 雷達數據處理性能評估14.1 引言14.2 有關名詞術語14.3 數據關聯性能評估14.3.1 平均航跡起始時間14.3.2 航跡累積中斷次數14.3.3 航跡模糊度14.3.4 航跡累積交換次數14.4 跟蹤濾波性能評估14.4.1 航跡精度14.4.2 跟蹤機動目標能力14.4.3 虛假航跡比例14.4.4 發(fā)散度14.4.5 有效度14.5 雷達數據處理算法的評估方法14.5.1 MonteCarlo方法14.5.2 解析法14.5.3 半實物仿真方法14.5.4 試驗驗證法14.6 小結第15章 雷達數據處理仿真技術15.1 引言15.2 系統仿真技術基礎15.2.1 系統仿真技術的基本概念15.2.2 隨機噪聲的數字仿真15.3 雷達數據處理算法仿真15.3.1 目標運動模型的仿真15.3.2 觀測過程的仿真15.3.3 跟蹤濾波及航跡管理15.4 算法仿真示例15.5 小結第16章 雷達數據處理的實際應用16.1 引言16.2 在空中交通管制系統中的應用16.2.1 用途、組成和要求16.2.2 雷達數據處理結構16.2.3 空中交通管制實例16.3 在船用導航雷達中的應用16.4 在艦載雷達抑制雜波中的應用16.4.1 數據處理抑制雜波的原理16.4.2 艦載雷達數據處理雜波抑制的方法16.5 在地面激光雷達中的應用16.5.1 數據采集工作原理16.5.2 數據處理的流程16.6 在海上監(jiān)視系統中的應用16.6.1 用途、組成和要求16.6.2 海上控制系統的結構16.7 在防空系統中的應用16.8 在陸基對空警戒雷達中的應用16.9 在機載預警雷達中的應用16.10 在艦載警戒火控雷達系統中的應用16.11 小結第17章 回顧、建議與展望17.1 引言17.2 研究成果回顧17.3 問題與建議17.4 研究方向展望中英文縮寫參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　概述　　1.1　雷達數據處理的目的和意義　　現代雷達系統概括來講一般都包含信號處理器和數據處理器這兩大重要組成部分，如圖1.1所示。信號處理器是用來檢測目標的，即利用一定的方法來抑制由地（海）面雜波、氣象、射頻干擾、噪聲源和人為干擾所產生的不希望有的信號。經過信號處理、恒虛警檢測等一系列處理后的視頻輸出信號若超過某個設定的檢測門限，便判斷為發(fā)現目標，然后還要把發(fā)現的目標信號輸送到數據錄取器錄取目標的空間位置、幅度值、徑向速度以及其他一些目標特性參數，數據錄取器一般是由計算機來實現的。由數據錄取器輸出的點跡（量測）還要在數據處理器中完成各種相關處理，即對獲得的目標位置（如徑向距離、方位、俯仰角）、運動參數等測量數據進行互聯、跟蹤、濾波、平滑、預測等運算，以達到有效抑制測量過程中引入的隨機誤差，對控制區(qū)域內目標的運動軌跡和相關運動參數（如速度和加速度等）進行估計，預測目標下一時刻的位置，并形成穩(wěn)定的目標航跡，實現對目標的高精度實時跟蹤的目的?！　膶走_回波信號進行處理的層次來講，雷達信號處理通常被看做對雷達探測信息的一次處理，它是在每個雷達站進行的，它通常利用同一部雷達、同一掃描周期、同一距離單元的信息，目的是在雜波、噪聲和各種有源、無源干擾背景中提取有用的目標信息。而雷達數據處理通常被看做對雷達信息的二次處理，它利用同一部雷達、不同掃描周期、不同距離單元的信息，它可以在各個雷達站單獨進行，也可以在雷達網的信息處理中心或系統指揮中心進行。

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