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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。 目錄： 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 2.2.7Swerling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 3.4IQ通道不均衡以及数字IQ104 3.4.1IQ通道不均衡及其补偿104 3.4.2IQ通道误差校正106 3.4.3数字IQ108 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 4.6.3LFM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 4.7FM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 4.11Costas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 5.2.6MTI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 5.3.2DTFT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 5.5.1MTI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 6.3.3Albersheim方程256 6.3.4起伏目标259 6.3.5Shnidman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 7.1.3CRLB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 8.1.4SAR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 8.6.2IFSAR处理步骤389 8.7其他考虑393 8.7.1SAR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 9.4.2STAP性能测度422 9.4.3STAP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 9.7STAP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 內容試閱： 经过全面更新和扩展，《雷达信号处理基础（第二版）》更全面地涵盖了实践中所有现代雷达系统倚重的基本数字信号处理技术，其中包括目标和干扰建模、匹配滤波、波形设计、多普勒处理、门限检测以及测量精度等技术。全书使用了线性系统、滤波、采样和傅里叶分析的方法及解释，从而可以提供统一的指导方法。章末习题的覆盖范围更广。本书综合了作者多年的理论和专业教育实践经验，对研究生和实践工程技术人员来说是一本理想的权威教材。 本书配套网站http：www.radarsp.com 主要内容 ● 雷达系统简介 ● 雷达波形 ● 测量与跟踪 ● 信号模型 ● 多普勒处理 ● 合成孔径成像简介 ● 脉冲雷达数据获取 ● 检测基础知识 ● 波束形成和空-时自适应处理简介 译者序 本书作者Mark A. Richards现在是佐治亚理工学院电子和计算工程系的首席研发工程师、副教授，他是专门从事雷达信号处理的知名学者，同时有着丰富的教学经验和科研经历，长期从事关于雷达信号处理、雷达图像处理和相关学科的研究生教学和专业课程教学。他曾被聘为美国国防部高级研究计划署的项目经理，IEEE 2001年雷达会议的总主席，以及IEEE图像和信号处理期刊的副编辑。 本书从数字信号处理的角度出发，对雷达信号处理这一基本的课题进行了深入的探讨。不仅对雷达信号处理的基础技术，包括匹配滤波、脉冲压缩、多普勒处理和阈值检测等进行了详尽的介绍，同时结合当前雷达信号处理的发展，对一些更先进的课题包括合成孔径雷达成像和空-时自适应阵列信号处理等进行了论述。本书在国外高校被作为研究生教材已使用多年，国内现在引入本书，使众多对雷达信号处理这一课题进行学习的研究生和从事这一领域工作或者相关专业的研究人员，可以更深入地了解国际雷达发展动态和更多的技术成果。 全书共分为9章及附录，内容安排罗列如下。 第1章对雷达的历史和应用进行了简要介绍，并介绍了关于雷达信号处理中的基本概念，引出了雷达成像、检测和后处理等应用。 第2章介绍了在雷达信号处理中如何对信号进行模型建立，包括了从各种不同性能需求出发建立的几种雷达信号模型。 第3章介绍了脉冲雷达信号在不同域的采样，主要是快慢时间域的采样以及多普勒频谱采样，同时介绍脉冲雷达信号的量化以及补偿问题。 第4章在雷达发射信号模型的基础上介绍了有关雷达波形的问题，包括匹配滤波、模糊函数、脉冲压缩、距离旁瓣控制等。 第5章则是对雷达信号的多普勒处理，包括各种形式的多普勒谱、动目标识别、脉冲多普勒处理、脉冲对处理以及其他多普勒处理问题，如杂波图和运动目标检测器、自适应偏移相位中心天线DPCA处理。 第6章介绍了雷达检测的基础原理，包括假设检验检测、阈值检测、二元积分和有用的数值近似等。本章还介绍了目标检测中的恒虚警率检测CFAR，重点对单元平均CFAR检测进行了介绍，分析了这种方法的性能和局限，并提出了改进方法，同时简要介绍了其他多种CFAR检测。 第7章介绍了测量与跟踪，包括估计量、克拉美罗下界、距离、多普勒、角度估计量、跟踪理论、?-? 滤波器。 第8章则对合成孔径雷达SAR这一热门研究课题做了详尽介绍，包括了合成孔径雷达基础知识，条带式SAR数据的特性及成像算法，聚束式SAR的数据特性及成像算法，干涉SAR技术等。 第9章则讲解了波束形成和空-时二维自适应处理STAP，包括了空域滤波、空-时信号环境及建模、空-时信号处理、STAP计算问题、降维STAP、高级STAP算法和分析以及STAP限制等。 在整个翻译至出版的过程中，原作者给予了很多关注和支持，希望该书在中国的翻译出版，能为该领域的广大研究者提供有用的参考。 本书的第1章和第2章由王彤翻译，第3章和第4章的翻译工作由白雪茹和周峰完成，第5章和第9章由李真芳翻译，第6章在刘玲和丁金闪翻译的第一版的基础上，邢孟道做了修改和完善，第7章由戴奉周翻译，第8章在丁金闪翻译的第一版基础上，邢孟道做了修订和完善，附录由邢孟道翻译。全书由邢孟道统稿并审阅。 本书的翻译工作得到了西安电子科技大学雷达信号处理重点实验室的多位专家的帮助，而李学仕、陈溅来、左绍山、邵鹏、张升、高悦欣、曾乐天、符吉祥、景国彬、刘会涛等博士生对本书的第二版翻译工作也提出了诸多建议。值得一提的是，翻译过程中对原书的一些细节错误进行了更正，并在译著付印前根据作者在网站公布的最新勘误文件再次修改译文，以呈现尽可能完善的中译本。另外，译者忠实遵从原著对多普勒频率frequency和多普勒频移shift的用法，未加变动；遵从原著对横向cross-range的用法，需要说明的是，一般对于正侧视SAR来说，横向和方位向表述的内容是一致的，但是对于斜视SAR来说，横向正交于距离向但与方位向存在斜视角度的偏差；原著中对于Point Scatterer Response和Point Spread Response缩略词使用不当，译者做出如下统一：PSR Point Scatterer Response点散射响应代表的是在脉压之前由点目标生成点目标回波时的响应函数，而Point Spread Response点散布响应，PSR代表的是进行脉压时的响应函数。 需要说明的是，中译本的首要原则是尽可能准确地表达原著的基本知识。由于译者的时间和经验限制，翻译中难免会出现未尽和疏漏之处，敬请广大同行读者批评指正。同时，对所有为本书出版提供帮助的人们表示诚挚的感谢！ 前言 本书这一版与前版的目的相同，即以数字信号处理的角度深入全面地阐述雷达信号处理中的基本概念。本书全文贯彻了对线性系统、滤波、采样和傅里叶分析等技术的应用技巧与诠释，提供了一种流行的、规范的辅导方法。本书的主要内容涵盖了所有雷达系统都依赖的一系列信号处理的基础技术，包括：目标和干扰模型、匹配滤波、波形设计、多普勒处理、阈值检测以及检测精度等。此外，书中还介绍了跟踪滤波技术、合成孔径雷达成像以及空-时自适应阵列信号处理这三种新提出来的技术，以方便读者深入研究相关方向。 2005年，本书出版发行了第一版，填补了雷达科技类文献中的一些空白。同时，还有一些优秀的关于雷达系统的图书如Skolnik、Edde的著作，提供了对雷达系统整体的一个较好的定量分析介绍。建议对该课题有兴趣的读者，可以把这些著作作为入门级的阅读文献。最早，当我接受与雷达相关的工作时，曾阅读了Skolnik著的Introduction to Radar Systems，希望能避免在新岗位上表现出愚昧无知，尽管在这之前，我已经在研究生阶段注意语言增强，但还是事与愿违，当然，这错不在Skolnik。一些雷达教科书如Peebles、Mahafza的著作，对雷达系统和信号处理的问题进行了更具深度的量化分析。同时，还有大量关于雷达信号处理、合成孔径雷达成像Jakowatz等人、Carrara等人以及Soumekh的著作和空-时自适应信号处理Klemm、Guerci的著作等当下比较热门技术的高质量的教科书。然而，我个人认为，当前著作存在的问题是大量的关于雷达系统的图书和先进的雷达信号处理技术类图书之间缺少衔接；更具体地，就是雷达界缺少一本简明、统一、先进的，可以提供雷达信号处理基础技术的教科书。希望该书能填补这一空白。 从本书第一版的读者反馈来看，结果令人高兴。我收到了很多善意的令人鼓舞的建议，并且本书被很多大学和公司采用。我相信本书基本完成了当初的创作目标。然而，也正是该书的成功促使了可以从很多方面改进其内容。 新书不断呈现，尤其是优秀的Principles of Modern Radar系列图书。但某种程度仍令我感到惊讶的是，直到今天，关于雷达的图书仍然存在衔接空缺的问题，大部分的雷达教科书手册一般要么介绍完整的雷达系统，要么介绍非常专业的处理技术，但却几乎不介绍构成先进信号处理技术最基础的、每一部雷达都使用的基本的信号处理概念。因此，本书第二版仍然致力于填补该空缺。第二版除了致力于加强内容覆盖，稍微拓宽研究方向，并纠正和提高语言表述外，还提供了其他内容，以增强本书作为教科书或者专业参考书的可用性。 该书作为美国佐治亚理工学院两门课程的教学参考书已经使用了多年，最初是电子和计算工程系的教材，用于研究生第一年一学期课程。同时，这本书的缩简版也在佐治亚理工职业教育部周期性开设的为时一周的同名职业教育课程中使用。自本书第一版出版以来，我一直使用其作为以上两门课程的教材。通过实践和经验的积累，我学会了更多，不仅局限于本书的研究内容，还包括如何表述这些内容，因此也尝试将这些都融入到本书的新版内容中。 除了一些小的改变以外，第二版相对第一版的最主要改变是增加了新版的第7章测量与跟踪。这一章介绍的是第一版中遗漏了的一个重要的基础性研究方向测量精度。主要介绍了克拉美罗下界和最大似然估计，并说明了在使用常见技术，如带峰值检测的匹配滤波、上升沿脉冲检测、离散傅里叶变换和单脉冲测角等，对时延、频率、相位和角度进行测量时，如何应用克拉美罗下界和最大似然估计。此外，本章还包含对基本跟踪滤波器包括?-? 滤波器和卡尔曼滤波器的概述。这些内容本应该包含在第一版中，现在包括进来正好可以弥补之前的缺失。 第二版其他部分内容的变化不大，主要变化罗列如下。 之前在第1章介绍的数字信号处理的基础概念被安排到了附录B中，并且内容进行了少量扩充。增加了全新的附录A，介绍阅读本书所需要了解的随机变量和随机信号的相关的基本信息，具体包括雷达中常见的概率密度函数，估计量与克拉美罗下界，以及随机信号在线性移不变系统中的响应。 第2章改进了目标起伏模型的阐述。当前传统的Swerling模型在很多情况下不再适用，这不仅因为高分辨率的雷达需要新的概率密度函数，还因为扫描间和脉冲间不适用于基于相干处理间隔CPI的处理。然而，分析

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