多发多收雷达系统分析与应用 [Multiple-Input Multiple-Output Radar System and Its Applications] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陈浩文，黎湘，庄钊文 等 著

图书标签:

• 雷达系统
• MIMO雷达
• 信号处理
• 目标检测
• 雷达应用
• 多输入多输出
• 无线通信
• 电磁波
• 雷达技术
• 阵列信号处理

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030438676

版次：1

商品编码：11701610

包装：平装

外文名称：Multiple-Input Multiple-Output Radar System and Its Applications

开本：16开

出版时间：2015-05-01

用纸：胶版纸

页数：426

正文语种：中文

内容简介

　　《多发多收雷达系统分析与应用》紧紧围绕“为什么要发展MIMO雷达”和“如何设计MIMO雷达系统”两个科学问题，着重在基本理论和方法上进行探讨，分三部分展开：第一部分介绍紧凑型MIMO雷达目标参数估计性能分析的基本理论框架，推演以此框架为基础的系统设计策略；第二部分介绍分布式MIMO雷达目标定位性能、定位方法、误差敏感性和功率优化分配方案；第三部分介绍基于混沌理论的MIMO雷达正交波形设计和优化技术。
　　《多发多收雷达系统分析与应用》总结了作者多年来在MIMO雷达体制上的研究成果，对于从事MIMO和多基地雷达研究工作的工程人员具有很高的参考价值。《多发多收雷达系统分析与应用》也可作为高等学校相关专业的高年级本科生和研究生的教材或参考书。

目录

第1章 绪论
1.1 MIMO雷达研究现状
1.1.1 MIMO雷达理论概述
1.1.2 MIMO雷达国内外研究现状
1.1.3 MIMO雷达现有的研究热点问题
1.1.4 MIMO雷达应用前景
1.2 本书概要

第2章 MIMO雷达信道相关特性和模糊函数
2.1 引言
2.2 MIMO雷达回波信号模型
2.3 MIMO雷达中信道的相关性分析
2.3.1 MIMO雷达系统中信道模型
2.3.2 信道相关性分析
2.3.3 仿真分析
2.3.4 小结
2.4 基于匹配滤波的双站MIMO雷达模糊函数
2.4.1 基础分析
2.4.2 双站MIMO雷达模糊函数
2.4.3 频分准正交波形
2.4.4 仿真分析
2.4.5 小结
2.5 基于似然函数的双站MIMO雷达模糊函数
2.5.1 信号和噪声统计模型
2.5.2 双站MIMO雷达模糊函数
2.5.3 仿真分析
2.5.4 小结
2.6 本章小结

第3章 基于EM和SAGE的最大似然MIMO雷达测向算法
3.1 引言
3.2 算法基础
3.2.1 循环最小化器
3.2.2 期望最大算法
3.2.3 空间交替广义期望最大算法
3.3 基于EM算法和SAGE算法的MIMO雷达测向
3.3.1 信号模型
3.3.2 基于EM算法的MIMO雷达测向
3.3.3 基于SAGE算法的MIMO雷达测向
3.3.4 初始值的选择
3.4 收敛性比较分析
3.5 仿真比较分析
3.6 本章小结

第4章 基于流形理论的MIMO雷达测向极限性能分析
4.1 引言
4.2 阵列流形的微分几何表示
4.2.1 传统阵列流形
4.2.2 MIMO雷达虚拟阵列流形及其微分几何描述
4.2.3 平面阵列的流行曲面锥角参数化
4.3 MIMO雷达测向性能限分析
4.3.1 单目标
4.3.2 两目标
4.4 MIMO雷达测向检测限分析
4.5 MIMO雷达测向分辨限分析
4.6 彷真实验
4.6.1 单目标情形
4.6.2 两目标情形
4.7 本章小结

第5章 基于MIMO雷达系统基本辨识能力
5.1 引言
5.2 窄带测向紧凑型MIMO雷达基本辨识能力分析
5.2.1 信号模型
5.2.2 基本目标辨识能力
5.2.3 仿真分析
5.2.4 本节小结
……

第6章 基于MIMO雷达虚拟阵列流形的测向模糊
第7章 MIMO雷达测向敏感性理论
第8章 基于克拉默-拉奥下限的MIMO雷达天线几何设计
第9章 最优MIMO雷达测向天线几何设计
第10章 基于信息理论的MIMO雷达系统策略初探
第11章 分布式MIMO雷达目标定位性能分析
第12章 分布式MIMO雷达单目标定位方法
第13章 基于稀疏重构的多目标定位方法
第14章 分布式MIMO雷达目标定位的资源优化管理
第15章 基于混沌理论的MIMO雷达正交波形分析
第16章 基于混沌理论的MIMO雷达正交波形设计技术
第17章 基于混沌理论的MIMO雷达正交波形优化技术
附录A 引理3.1的证明
附录B 定理3.1的证明
附录C 引理5.2的证明
附录D 引理5.3的证明
附录E 似然函数的二阶导数计算
附录F 式（7.38）的推导
附录G 式（7.39）的推导
附录H 式（7.43）的推导
附录I 式（7.47）的推导
附录J 式（7.49）的推导
附录K 基于空时可分性信号模型的克拉默-拉奥下界
附录L 信号模型假设的推导
附录M 式（8.8）的推导
附录N 零化的Fisher信息矩阵次对角元素是最佳方位估计必要条件的说明
附录O 定理8.1的证明
附录P 定理8.2的证明
附录Q 定理9.1的证明
参考文献
索引

精彩书摘

　　《多发多收雷达系统分析与应用》：
　　1.1MIMO雷达研究现状
　　自1904年Hulsmeyer研制出原始的船用防撞雷达获专利以来，雷达的发展已有一百多年的历史，然而真正的现代雷达是最近50年才发展起来的[z]?今天它已经发展成为一项非常广泛而实用的技术?雷达理论和雷达应用的发展相辅相成，互相促进?由于受刭软硬件水平的限制，雷达理论研究通常领先于雷达系统的应用，MIMO雷达也不例外?现在对MIMO雷达的研究主要处于理论研究阶段，但众多的国内外研究者被其潜在的优势性能所吸引，并对其广泛实用化充满信心和期待?
　　MIMO雷达[3-10]是在将MIMO理论?空时编码理论应用于通信系统并取得了重大突破的启示下被提出来的[11-13]?近年来，在国际会议和权威期刊上涌现出大量高水平的研究成果：2009年第四届国际波形分集与波形设计会议（4thInternationalWaveformDiversityandDesignConference）上专门成立了“MIMORadar-FactorFantasy？”小组对MIMO雷达的前景进行了探讨，拥有众多坚定支持者的同时也不乏强烈的质疑声[15]；2010年2月在IEEE期刊IEEEJourrnal of Selected Topicsin Sig'nal Proces.sifn，gL开设了“Introduction￡ DtheIssueon MIMORada（rarn，dIts4pplications”的专刊[16]，涵盖了不少现有MIMO雷达研究领域的代表性成果?正如升篇谈到的事物发展的辩证观点：MIMO雷达的研究与发展同样体现了和必将体现出螺旋式上升的进程：一方面是其特有的潜在优势性能的开发和应用，另一方面是其工程上实现的难度，二者交织向前?同时应坚信：任何科学中新涌现的美好事物发展过程都是在支持和反对者之间观点的强烈碰撞后最终开出的艳丽花朵?
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前言/序言

《多发多收雷达系统分析与应用》 内容梗概 《多发多收雷达系统分析与应用》一书深入探讨了当前备受瞩目和发展迅速的多发多收（MIMO）雷达系统的核心理论、关键技术以及广泛的实际应用。本书旨在为雷达工程技术人员、科研工作者、高校师生以及对先进雷达系统感兴趣的读者提供一本全面、系统且具有深度参考价值的著作。 第一部分：MIMO雷达系统基础理论 本书的开篇部分，详细阐述了MIMO雷达系统的基本概念和工作原理。与传统的单发单收（SISO）雷达和多发单收（SIMO）/单发多收（MISO）雷达不同，MIMO雷达通过在发射端和接收端布置多个天线阵列，极大地丰富了雷达信号的处理维度。 MIMO雷达的定义与优势： 详细介绍了MIMO雷达的基本构成，即多发射天线和多接收天线。着重分析了MIMO雷达相比传统雷达在角度分辨率、参数估计精度、灵活性、鲁棒性以及对杂波抑制等方面的显著优势。解释了通过巧妙设计发射和接收波形，MIMO雷达能够实现比其阵列尺寸所能达到的传统分辨率更高的探测能力。 MIMO雷达的架构与体制： 区分了MIMO雷达的两种主要体制：空间分集（Spatial Diversity）MIMO和虚拟阵列（Virtual Array）MIMO。 空间分集MIMO（也称为分布式MIMO雷达）强调天线单元之间的物理距离，以利用目标回波的多径效应，实现分集增益，提高探测性能，尤其是在目标散射特性不确定或存在遮挡的情况下。 虚拟阵列MIMO（也称为协同MIMO雷达）则更侧重于通过发射和接收不同信号，在信号处理层面合成一个远大于实际物理阵列尺寸的虚拟阵列。这种体制能够极大地提升雷达的等效孔径，从而实现更高的角度分辨率。本书将详细剖析这两种体制的数学模型，并对比分析它们的优缺点及适用场景。 MIMO雷达的信号模型与参数： 建立了MIMO雷达的统一信号模型，详细推导了发射信号、传播路径、接收信号的数学表达式。重点分析了MIMO雷达在距离、速度、角度（方位角和俯仰角）等关键参数的估计过程中，如何利用多维度的信息来提高估计精度和区分能力。 波形设计： 波形设计是MIMO雷达的核心之一。本书将深入探讨MIMO雷达的正交波形设计。解释了如何设计一组互不相关的发射波形，使得接收端能够对来自不同发射器的回波进行有效分离。讨论了常用的正交波形，如线性调频（Chirp）、相位编码（Phase Coding）等，以及在实际应用中需要考虑的约束条件，如峰均值功率比（PAR）、带宽限制等。 第二部分：MIMO雷达的关键技术 本部分将聚焦于MIMO雷达实现其强大性能所依赖的关键信号处理技术。 波形分离与参数估计： 详细阐述了在接收端如何通过匹配滤波（Matched Filtering）、复共轭（Complex Conjugate）等技术，将接收到的混合信号分离成来自各个发射器的独立回波。在此基础上，重点分析了多维参数联合估计的技术，包括距离-多普勒-角度的联合估计，以及如何利用子空间分析（Subspace Analysis）、最大似然估计（Maximum Likelihood Estimation, MLE）、最大熵估计（Maximum Entropy Estimation, MEE）等先进估计算法来提升估计性能。 波束形成（Beamforming）： MIMO雷达的波束形成技术是其核心优势的体现。本书将分别介绍发射波束形成和接收波束形成。 发射波束形成： 探讨如何通过调整各发射天线单元的激励信号（幅度和相位），形成特定的发射波束，以覆盖目标区域、抑制干扰或实现隐蔽探测。 接收波束形成： 介绍如何利用接收天线阵列，通过数字波束形成（Digital Beamforming, DBF）或模拟波束形成（Analog Beamforming, ABF），形成多个独立但可控的接收波束，实现对不同方向的独立接收和处理，从而实现高分辨率测角。特别会关注自适应波束形成（Adaptive Beamforming）技术，即根据环境和干扰情况动态调整波束，以优化性能。 杂波抑制与干扰对抗： 针对雷达系统面临的各种干扰和杂波，本书将深入研究MIMO雷达在这方面的优势和相应的处理技术。 杂波抑制： 讨论MIMO雷达如何利用其多维度的信号处理能力，如空间分集和虚拟阵列的优势，更有效地抑制地杂波、海杂波以及运动目标回波中的固定杂波。 干扰对抗： 分析MIMO雷达在面对电子对抗（Electronic Countermeasures, ECM）时的鲁棒性，以及如何通过自适应干扰抑制、信号重生等技术来应对各种欺骗、饱和、压制等干扰手段。 数据融合与多目标跟踪： 在实际应用中，MIMO雷达往往需要与其他传感器或雷达系统协同工作。本书将探讨数据融合技术，将MIMO雷达与其他雷达、光学传感器等获取的信息进行融合，以获得更全面、更可靠的目标信息。在此基础上，深入研究多目标跟踪（Multi-Target Tracking, MTT）算法，如卡尔曼滤波（Kalman Filter, KF）及其变种（如扩展卡尔曼滤波 EKF、无迹卡尔曼滤波 UKF）、粒子滤波（Particle Filter, PF）、多假设跟踪（Multi-Hypothesis Tracking, MHT）等，实现对多个运动目标的精确、连续跟踪。 先进信号处理技术： 此外，本书还将介绍一些前沿的MIMO雷达信号处理技术，包括压缩感知（Compressed Sensing, CS）在MIMO雷达中的应用，以实现低采样率下的高分辨率探测；机器学习（Machine Learning, ML）和深度学习（Deep Learning, DL）在目标识别、杂波分类、干扰识别等方面的应用，以及认知雷达（Cognitive Radar）的概念及其在MIMO系统中的实现。 第三部分：MIMO雷达的应用 本书的最后部分，将重点介绍MIMO雷达在各个领域的广泛而重要的应用。 目标探测与识别： 航空航天领域： 在空域监视、飞机目标识别、导弹预警等方面，MIMO雷达凭借其高分辨率和精确的测角能力，能够提供更详细的目标信息，实现更有效的跟踪和识别。 海事领域： 用于船舶探测、海上目标监视、航线管理，特别是在复杂海况下，MIMO雷达的分集接收能力有助于克服海杂波的影响。 陆地应用： 包括车辆探测、交通监控、地面目标侦察、反恐等，MIMO雷达能够提供高精度的距离和速度信息，以及区分不同目标的能力。 环境监测： 在气象雷达中，MIMO雷达可以实现更精细的降水分布、风场探测，为天气预报和灾害预警提供更准确的数据。在遥感领域，MIMO雷达也被用于地表形变监测、植被覆盖分析等。 高分辨率成像： MIMO雷达的虚拟阵列技术使其能够实现极高的方位分辨率，甚至超越传统合成孔径雷达（SAR）的性能。本书将介绍ISAR（逆合成孔径雷达）和SAR（合成孔径雷达）技术的MIMO化，以及如何利用MIMO雷达实现超高分辨率成像，用于目标细节的辨识和分类。 目标跟踪与态势感知： 在防空反导、战场监视等场景下，MIMO雷达能够提供多目标同时精确跟踪的能力，并结合数据融合，为指挥决策提供实时的、全面的态势感知信息。 其他新兴应用： 探讨MIMO雷达在车载雷达（ADAS）中的应用，如自适应巡航控制（ACC）、自动紧急制动（AEB）、盲点监测（BSM）等，MIMO雷达能够提供更精确的障碍物探测和距离估计。此外，还将涉及穿墙雷达、生物雷达等新兴领域的探索性应用。 总结 《多发多收雷达系统分析与应用》一书内容翔实，逻辑严谨，理论分析深入浅出，工程应用案例丰富。本书不仅梳理了MIMO雷达的发展脉络和理论基础，更着重阐述了其实现高性能的关键技术，并详细介绍了其在各个重要领域的实际应用。通过阅读本书，读者将能够系统地掌握MIMO雷达的核心知识体系，理解其技术优势，并能够将其应用于实际的雷达系统设计、研发和应用工作中，为推动雷达技术的进步贡献力量。本书适合作为高等院校相关专业本科生、研究生的教材或参考书，也可作为雷达领域工程技术人员的进阶读物。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书填补了我知识体系中的一个重要空白。长期以来，我对雷达信号处理方面的知识掌握得相对有限，尤其是在理解多天线协同工作方面存在一些困惑。但自从阅读了《多发多收雷达系统分析与应用》之后，我感觉我像是打开了一扇新世界的大门。书中对MIMO雷达的波形设计、数据处理以及目标成像等关键技术进行了非常细致的讲解。我尤其欣赏书中对不同MIMO雷达构型下信号处理策略的对比分析，这让我能够更深刻地理解它们各自的优缺点。而且，作者们在书中还探讨了一些创新的MIMO雷达技术，比如自适应波束形成和联合估计等，这些都让我对雷达技术的复杂性和精妙性有了更深的体会。对于那些希望系统性地学习MIMO雷达技术，并且有志于在该领域做出贡献的读者来说，这本书无疑是最佳的选择。

评分☆☆☆☆☆

老实说，我拿到这本书的时候，心里还有点打鼓，毕竟MIMO雷达听起来就有点高深莫测。然而，事实证明我的担心是多余的。这本书的作者绝对是这个领域的行家，他们不仅知识渊博，而且善于沟通。书中对MIMO雷达的理论推导并没有让人觉得晦涩难懂，反而通过大量的图示和仿真结果，将复杂的数学模型形象化了。我特别欣赏它在“应用”部分的内容，书中列举了MIMO雷达在目标识别、目标跟踪、环境感知等方面的具体案例，让我看到了这项技术真正的价值所在。例如，书中对于如何利用MIMO雷达实现更精确的目标分类，以及在复杂电磁环境下保持鲁棒性的技术细节，都进行了深入的探讨。这不仅仅是一本理论书籍，更像是一本实操指南，对于想将MIMO雷达技术应用到实际项目中的工程师来说，绝对是不可多得的参考。我甚至已经在考虑如何将书中提到的某些算法应用到我目前正在进行的一个项目中了。

评分☆☆☆☆☆

这本书绝对是为那些想要在雷达技术领域“更上一层楼”的专业人士量身打造的。它不仅仅是对MIMO雷达技术的介绍，更是一种思维方式的启迪。书中对MIMO雷达的系统设计、性能优化以及未来发展趋势的探讨，都非常有前瞻性。我特别欣赏书中关于“信息融合”和“协同处理”的章节，这部分内容对于理解MIMO雷达的优势至关重要。作者们没有回避技术上的挑战，而是详细分析了MIMO雷达在实际部署中可能遇到的各种问题，并提出了相应的解决方案。这对于我们这些在实际工作中会遇到各种棘手问题的工程师来说，简直是雪中送炭。而且，书中还涉及了一些前沿的研究方向，比如基于深度学习的MIMO雷达信号处理，这让我对雷达技术未来的发展充满了无限的想象。这本书的深度和广度都足以让我在接下来的很长一段时间里反复研读。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是一本让我想把书架上的老雷达书都撤掉的“神器”！我一直以来对雷达技术都有浓厚的兴趣，但总觉得传统的一些技术瓶颈难以突破。当我翻开这本《多发多收雷达系统分析与应用》时，我感觉眼前豁然开朗。它并没有简单地罗列枯燥的公式和理论，而是用一种非常清晰、循序渐进的方式，将MIMO雷达的核心概念、工作原理以及各种先进的实现技术娓娓道来。我尤其喜欢书中对MIMO雷达与传统雷达在性能上的对比分析，那种差异化带来的巨大提升，简直令人惊叹！特别是关于目标探测的灵敏度、分辨率以及抗干扰能力方面，书中给出的例子和推导都非常有说服力。而且，它还深入浅出地介绍了多种MIMO雷达构型，比如分布式MIMO和共址MIMO，以及它们在不同场景下的应用优势。对于我这样希望深入理解雷达技术最新进展的读者来说，这本书提供了一个绝佳的起点，让我对未来的雷达发展充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

作为一个雷达爱好者，我一直都很关注各种新型雷达技术的发展。《多发多收雷达系统分析与应用》这本书，无疑是近年来我所接触到的最令人印象深刻的雷达技术书籍之一。它非常全面地覆盖了MIMO雷达的方方面面，从基本原理到高级应用，应有尽有。我喜欢这本书的一个重要原因是，它不仅仅停留在理论层面，更注重实际的应用价值。书中对MIMO雷达在军事、民用等领域的广泛应用进行了深入的剖析，例如在自动驾驶、气象监测、安防监控等方面的潜力。这些具体的应用案例，让我对MIMO雷达的未来充满信心。此外，书中对MIMO雷达系统的仿真和测试方法也进行了详细的介绍，这对于我们这些需要进行实际验证的研发人员来说，具有极大的参考意义。总而言之，这本书是一本既有学术深度，又有实践价值的优秀著作。