雷达信号处理基础（第二版）

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*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 博士为国际著名雷达信号处理专家。佐治亚理工学院的首席沿发工程师和兼职教授，具有近30年的学术界、工业界和政府部门从事雷达信号处理和嵌入式计算方面的研究工作经历。 Mark A. Richards 博士为国际著名雷达信号处理专家。佐治亚理工学院的首席沿发工程师和兼职教授，具有近30年的学术界、工业界和政府部门从事雷达信号处理和嵌入式计算方面的研究工作经历。

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/Q104
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/Q108
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DPCA224
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CFAR268
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CFAR282
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STAP430
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