天波超视距雷达数据处理 9787118110708 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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梁彦，杨峰，兰华，冯肖雪 著

图书标签:

• 雷达
• 遥感
• 信号处理
• 天波超视距雷达
• 数据处理
• 海洋监测
• 大气物理
• 电磁波传播
• 数值计算
• 科学计算

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出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118110708

商品编码：29634416995

包装：精装

出版时间：2017-03-01

基本信息

书名:天波超视距雷达数据处理

：69.00元

售价：51.8元,便宜17.2元,折扣75

作者:梁彦,杨峰,兰华,冯肖雪

出版社：国防工业出版社

出版日期：2017-03-01

ISBN：9787118110708

字数：

页码：142

版次：1

装帧：精装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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天波超视距雷达（OTHR）是战略预警体系的重要骨干装备。其数据处理面临着信号电离层多层折射的路径不确定性（多路径）与低数据率、低检测概率、低测量精度（三低）等复杂特性的挑战，迫切需要开展多模态、不确定下新机理、新方法的探索。
　　《天波超视距雷达数据处理》以天波超视距雷达数据处理中航迹起始、关联、融合为主线，收录了研究组在国家自然科学基金重点项目（2项）等课题支持下在两级Hough变换航迹起始、多路径Viterbi数据关联、基于期望极大化的联合多路径数据关联与融合、多量测下多路径伯努利滤波、基于前置接收机的模式辨识与定位提升方面取得的主要成果，具有新颖性、前沿性、理论与应用密切结合的特点。
　　《天波超视距雷达数据处理》可作为高等院校与科研院所雷达数据处理、多源信息融合、情报分析与综合等专业领域的研究和教学参考用书，也可作为自动化、信息工程等领域师生和科研人员的参考用书。

目录

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作者介绍

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文摘

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《天波超视距雷达数据处理》：
　　1.2 0THR发展现状
　　OTHR经过数十年的研究和发展，现已进入实用阶段，美国和俄罗斯都已正式装备部队。俄罗斯超视距雷达的发展水平与美国大体相当，苏联在20世纪80年代研制了超视距弹道导弹预警雷达，具备了对大气层内导弹的预警能力，1980年苏联在明斯克、高加索和远东地区部署了3部OTHR，用于弹道导弹预警，在海参崴附近的纳霍德卡部署了1部OTHR，用于监视美国、日本等国家在西太平洋地区的军事活动。目前，俄罗斯采用天波与地波联合工作体制，作为第二层战略预警系统（预警卫星为层战略预警系统）。
　　20世纪60年代，美国海军研究室研制成功了发射和接收共用一副天线的“麦德雷”单基OTHR，1970年美国海军研究室和斯坦福研究所联合研制了名为“宽口径研究设备”（WARF）的双基OTHR，主要用来探测飞机、导弹和海上舰船以及海洋状况。与“麦德雷”相比，WARF对于慢速的小目标具有更高的方向角分辨率。AN/FPS-95是美国空军与英国皇家空军联合研制的。它同“麦德雷”一样采用发射和接收共用一副天线，经过两年的测试，由于未达到预期设计的径向距和方向角的分辨率，停止了服役。AN/FPS-112是20世纪70年代美国海军在国际电报电话公司电物理实验室（ITTEPL）的协助下完成的。AN/FPS-118是70年代后期美国空军在通用电气（GE）的协助下完成的。AN/FPS-118雷达是一部双基地调频连续波雷达，其发射与接收功能完全由计算机控制，发射站和接收站之间的通信由对流层散射无线电和光纤链路实现，两站之间同步工作时延小于1μs。该雷达对来袭亚声速飞行目标的预警时间达3.3h，对超声速飞行目标的预警时间为1-1.5h，对洲际导弹的预警时间为30min。它能够监视和跟踪926.5-3335.4km范围内的飞行目标，目前部署的多部AN/FPS-118实现了北美东方、西方和南方的预警覆盖。
　　AN/FPS-71是1989年雷声公司为美国海军研制的可移动超视距雷达（ROTHR）。所谓可移动是指发射机、接收机和控制中心均可根据需要转移位置，而其大型收发天线不动。AN/FPS-71是一部高频战术陆基双基地天波后向散射超视距雷达系统，通过局部照射某一区域来对付感兴趣的目标或评估进攻部队的规模，平时提供全天候反监视。作用距离为500N1500km，固态发射机功率仅为200kW[]。具有全固态，高可靠，易维护的特点。每部造价约为7000万美元，远小于AN/FPS-118的4亿美元。在阿拉斯加和弗吉尼亚等地的多部ROTHR已运行。
　　电离层的电磁扰动降低了OTHR的作用距离和方位性能，特别是在夜间降低了探测难观察目标的能力。美国空军在提交美国国会武装部队委员会的报告“关键技术计划”所列的20项关键技术之一“高灵敏度雷达”中提出研制先进超视距雷达和在“武器系统环境”中提出电离层调整技术研究的计划。先进超视距雷达重点研究先进的信号处理及电离层分析技术，以对付低空观测性目标。所谓调整电离层是建立增强的电离层区域，以全面提高OTHR全天候探测能力，可能监视和捕获较近距离的目标（可能是战术目标），能够高分辨地探测和跟踪雷达目标截面很小的目标。
　　澳大利亚的“金达莱”（Jindalee）系统与美国AN/FPS-118的原理相同，它从20世纪70年始研制，1978年完成阶段方案研制，1979年开始第二阶段研制，1984年2月开始验证试验样机，1986年10月开始实用系统的试验工作，1987-1989年对各类飞机、环境条件和电离层条件做进一步测试，取得成功。已经组网的3部OTHR分别位于中部阿里斯斯普林斯、东部的郎里奇、西部的拉弗顿。组网能够显著改善目标检测与跟踪能力，特别是克服盲速问题。澳大利亚OTHR主要用来监视北部和西部海空域。那里是澳大利亚与周边国家有争议的地区，此处有丰富的油气和渔业资源。澳大利亚与美国在数据融合技术上相互合作，内容包括：共享两国的雷达数据并交换相关的技术；联合发展适用于处理两国雷达重叠工作区域的数据处理算法；联合开展试验采集数据并测试数据处理算法。
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序言

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《天波超视距雷达数据处理》 内容简介 本书聚焦于天波超视距（OTH）雷达在复杂电磁环境下高效、精准的数据处理技术。天波雷达凭借其独特的电离层传播机制，能够实现对远距离目标的探测，在海洋监视、边境巡逻、搜救行动等领域发挥着不可替代的作用。然而，电离层传播的非均匀性、多径效应、强烈的地波干扰以及各种外部噪声源，都给天波雷达的数据处理带来了严峻的挑战。本书旨在系统性地阐述解决这些挑战的关键技术和先进方法，为读者提供一个全面深入的理论框架和实践指导。 第一章 导论：天波超视距雷达概述与数据处理的挑战 本章首先介绍天波超视距雷达的基本原理，包括其工作频段、信号传播路径、目标探测机制以及相对于常规地波雷达的优势。随后，深入剖析天波雷达数据处理所面临的核心难点。这包括： 电离层传播效应： 详细阐述电离层的结构、时空变化特性（如日变化、季节变化、地磁活动影响）如何导致信号的时延、衰减、折射、反射、多普勒频移和相干性下降。解释这些效应如何引入信号失真，形成额外的传播路径，并影响目标回波的准确测量。 干扰与噪声： 详细分析天波雷达面临的各类干扰源，如地波回波（海杂波、地杂波）、短波通信干扰、雷电干扰、闪电噪声，以及其他电子战信号。阐述这些干扰如何淹没目标信号，降低信噪比，并可能导致虚警。 数据稀疏性与非线性： 讲解由于目标距离远、信号衰减强等原因，导致天波雷达探测到的目标数据可能具有稀疏性。同时，电离层传播的非线性特性使得目标参数估计更加复杂。 计算复杂度： 强调天波雷达原始数据的海量性以及对复杂算法的需求，使得高效的数据处理算法在实时性方面面临巨大的挑战。 第二章 天波雷达信号模型与预处理 本章构建天波雷达信号的数学模型，为后续的数据处理奠定基础。我们将从信号产生、传播到接收的全过程进行建模，重点关注电离层对信号的影响。 信号模型： 建立雷达发射信号、目标散射模型、电离层传播信道模型以及接收噪声模型的数学表达式。深入分析电离层信道的多径效应，包括传播路径的延迟、衰减和相位差。 数据采集与数字化： 介绍天波雷达原始数据的采集方式，包括采样率、量化位数等关键参数。阐述数据的初步数字化和存储格式。 信号预处理技术： 基带化与解调： 详细介绍如何将接收到的射频信号下变频至基带，并进行相干解调，提取包含目标信息的复基带信号。 匹配滤波： 讲解匹配滤波在提高信噪比、抑制噪声和脉冲压缩方面的作用。 脉冲压缩： 详细说明各种脉冲压缩技术，包括线性调频（LFM）和非线性调频（NLFM）脉冲的压缩方法，以及其在距离分辨率提升上的优势。 初步去噪： 介绍一些基础的去噪方法，如滑动平均滤波、中值滤波等，用于去除一些随机噪声。 第三章 电离层效应的建模与补偿 电离层是天波雷达数据处理中最棘手的问题之一。本章将重点研究电离层效应的建模及其补偿方法。 电离层参数提取： 介绍通过观测已知目标（如地标、信标）的回波，或利用特定的电离层探测量（如垂直探测仪数据）来估计电离层参数的方法。 多径效应的识别与分离： 详细阐述识别和分离由电离层多径传播引起的多条信号路径的技术。这包括基于时延、多普勒频率、到达角等特征的聚类和分离算法。 相位失真与频率偏移补偿： 针对电离层引起的相位失真和多普勒频移，介绍基于模型估计和自适应校正的补偿算法。例如，利用多普勒频率变化率来推断电离层的不稳定性。 信道均衡技术： 探讨用于补偿电离层传播引起的幅度衰减和相位扭曲的信道均衡技术，如维纳均衡、自适应均衡等。 第四章 干扰抑制技术 强烈的干扰是影响天波雷达探测性能的另一大障碍。本章将系统介绍针对不同类型干扰的抑制方法。 地波杂波抑制： 空域滤波： 利用阵列天线的波束形成技术，抑制来自地面的固定方向的强杂波。 动目标显示（MTI）与脉冲多普勒（PD）处理： 详细讲解MTI和PD技术如何利用目标与杂波的径向速度差异来分离目标信号。 自适应杂波图样匹配： 介绍基于杂波统计特性的自适应方法，能够根据实时杂波环境动态调整滤波器。 窄带干扰抑制： 频率域滤波： 利用傅里叶变换等技术，识别并去除固定频率的窄带干扰。 自适应陷波滤波器： 介绍如何设计能够动态跟踪并抑制干扰信号频率的陷波滤波器。 宽带干扰与噪声抑制： 统计信号处理方法： 利用噪声的统计特性，如高斯噪声模型，进行噪声抑制。 小波变换域降噪： 探讨小波变换在信号去噪方面的优势，能够有效分离信号与噪声。 联合空-时-频域滤波： 强调结合多种域的滤波技术，可以实现更优异的干扰抑制效果。 第五章 目标检测与参数估计 在完成信号预处理和干扰抑制后，本章将专注于如何从处理后的数据中准确地检测出目标并估计其关键参数。 目标检测算法： 恒虚警率（CFAR）检测： 详细介绍各种CFAR算法（如单元平均CFAR、序选择CFAR、自适应CFAR等）的原理和实现，以在不同噪声和杂波环境下保持恒定的虚警概率。 似然比检测： 基于统计判决理论，介绍基于最大似然比的检测方法。 目标参数估计： 距离、速度、角度估计： 探讨如何从检测后的信号中精确估计目标的距离、径向速度和方位角。 参数估计的精度分析： 分析不同参数估计方法的克拉美-罗界（CRLB），并探讨提高估计精度的途径。 运动目标航迹跟踪： 介绍常用的航迹跟踪算法，如卡尔曼滤波器（KF）、扩展卡尔曼滤波器（EKF）、无迹卡尔曼滤波器（UKF）以及粒子滤波器（PF），用于连续跟踪目标。 目标识别与分类初步： 简要介绍如何利用目标回波的特征（如幅度、多普勒签名）进行初步的目标识别，为后续更高级的识别技术奠定基础。 第六章 数据融合与信息综合 在实际应用中，天波雷达系统往往需要与其他传感器或数据源进行融合，以提升整体的监视能力和决策准确性。 多部雷达数据融合： 介绍如何融合来自多部天波雷达的数据，通过空间联合处理或信息综合来提高探测范围、精度和鲁棒性。 天波雷达与海面雷达/卫星数据融合： 探讨如何将天波雷达的海面探测数据与海面雷达或卫星遥感数据进行融合，实现跨区域、跨介质的综合监视。 信息综合与态势感知： 介绍如何将雷达探测到的目标信息进行整合，生成统一的战场态势图，为指挥决策提供支持。 不确定性处理： 讨论在数据融合过程中如何处理传感器之间的不确定性、量测误差和信息冲突。 第七章 现代数据处理技术与未来发展趋势 本章将介绍一些前沿的数据处理技术在天波雷达领域的应用，并展望未来的发展方向。 机器学习与深度学习在数据处理中的应用： 电离层建模与预测： 探讨如何利用机器学习模型（如神经网络、支持向量机）来更准确地建模和预测电离层特性。 智能干扰抑制： 应用深度学习技术，如卷积神经网络（CNN）和循环神经网络（RNN），实现更强大的自适应干扰抑制能力。 目标检测与识别： 利用深度学习模型，提高目标检测的准确性和对复杂目标的识别能力。 高性能计算与并行处理： 讨论如何利用GPU、FPGA等硬件加速技术，以及分布式计算框架，来应对天波雷达海量数据的实时处理需求。 全息成像与高分辨成像技术： 介绍一些新兴的成像技术，如天波雷达的全息成像和高分辨成像，以获得更精细的目标信息。 新一代天波雷达系统的展望： 讨论未来天波雷达系统可能的发展方向，如更高频率、更宽带宽、更智能化的数据处理策略。 本书力求在理论深度和实践应用之间取得平衡，通过大量的理论推导、算法分析和图示说明，帮助读者深入理解天波超视距雷达数据处理的原理和方法。希望本书能够为从事天波雷达研究、开发和应用的相关人员提供有价值的参考。

评分☆☆☆☆☆

我是一个侧重于系统集成和应用层面的技术人员，在阅读过程中，我发现这本书在系统级设计方面的探讨非常具有前瞻性。它不仅仅关注单个信号处理模块的优化，更着眼于整个数据链条的性能优化和可靠性设计。尤其是关于数据融合和决策层面的章节，作者清晰地阐述了如何在一个不完美、充满噪声的环境下，通过多源信息的整合来提高对突发目标的探测概率和识别准确率。我特别留意了其中关于“信息熵”在雷达目标特性分析中的应用部分，这部分内容在以往阅读的材料中鲜有提及，提供了全新的视角。这本书的结构安排体现了一种自顶向下的设计理念，从系统需求出发，逐步深入到具体的信号层处理，这种逻辑框架非常有利于建立宏观的系统认知。

评分☆☆☆☆☆

这本《天波超视距雷达数据处理》的装帧设计非常专业，硬壳封面摸上去很有质感，封面上的信息排版清晰明了，让人一眼就能看出它的专业性。我本身从事雷达信号处理相关研究工作已经有些年头了，市面上关于超视距雷达的书籍并不少见，但大多侧重于理论推导或者特定的应用场景。这本书的独特之处在于它对“数据处理”这一环节给予了极大的关注，这对于实际工程应用来说至关重要。我翻阅了前几章，发现作者在基础理论的介绍上采取了一种由浅入深的讲解方式，即便是初次接触这个领域的读者，也能比较顺畅地理解其中的核心概念，比如对多普勒效应的阐述就非常到位。此外，书中对一些关键算法的描述，如CFAR检测和目标跟踪的初步介绍，都配有清晰的流程图和数学模型，这极大地提高了阅读的效率。总的来说，从装帧到内容结构的安排，都体现了编者对专业知识体系构建的严谨态度。

评分☆☆☆☆☆

这本书的文字风格非常凝练，读起来有一种行云流水般的流畅感，这在技术专著中是比较难得的。它没有过多的学术腔调，而是用一种非常直观的方式来解释复杂的信号处理流程。比如，在讲解方位估计和距离分辨力的提升时，作者运用了很多类比和生活化的例子来辅助理解，这极大地降低了学习曲线。我发现自己以前在理解某些基于变换域的处理技术时总感觉隔了一层，但通过这本书的讲解，那种“豁然开朗”的感觉非常强烈。另外，书中对软件实现层面的考量也体现得相当到位，对于如何将理论模型转化为高效的代码逻辑，提供了不少值得借鉴的思路。对于希望快速上手进行实际数据分析和算法验证的读者来说，这本书的实用价值是无可估量的。

评分☆☆☆☆☆

读完对这本书的初步印象，我最大的感受是其内容的深度和广度令人印象深刻。它不像某些教材那样只停留在公式的堆砌，而是非常注重将复杂的数学模型与实际的雷达工作原理紧密结合起来。特别是关于相控阵雷达在远距离探测时面临的各种干扰源的抑制方法，作者的论述深入且富有洞察力。我特别欣赏其中关于“杂波抑制”那一章节的编排，不仅详细分析了不同类型的地物杂波特性，还对比了动目标显示（MTI）和自适应波束形成（ABS）等多种技术的优缺点及其在不同环境下的适用性。这种工程实践层面的细致对比，对于我们这些在实际项目中需要权衡性能和成本的工程师来说，无疑提供了宝贵的参考。书中引用的案例和仿真结果也相当详实，让抽象的理论变得具体可感。

评分☆☆☆☆☆

从学习资料的角度来看，《天波超视距雷达数据处理》绝对是一本不可多得的宝典级著作。它不像那种仅限于介绍新颖概念的论文集，而是构建了一个完整、自洽的知识体系。书中的插图和图表制作精良，很多关键公式的推导步骤都标注得十分清晰，这对于自学或者作为课堂参考教材来说都极为友好。我发现这本书在历史背景的介绍上也花了不少篇幅，例如对早期经典方法的演进过程进行了梳理，这帮助读者理解为什么现有的技术会发展成现在的形态，增加了知识的厚重感。阅读过程中，我经常需要停下来，对照着自己以前处理过的一些数据样本进行思考和验证，这本书提供的理论支撑无疑为我的实践工作提供了坚实的理论后盾，是值得反复研读的佳作。