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雷达数据处理及应用（第四版）

作译者：何友等

出版时间：2022-09 千字数：902 版次：01-01 页数：564

开本：16开装帧： I S B N ：9787121439889

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目    录
 
第1章  概述	1
1.1  雷达数据处理的目的和意义	1
1.2  雷达数据处理中的基本概念	1
1.3  雷达数据处理器的设计要求	8
1.4  雷达数据处理器的主要技术
     指标及评估	10
1.5  雷达数据处理技术研究历史
     与现状	11
1.6  本书的范围和概貌	13
参考文献	18
第2章  参数估计	22
2.1  引言	22
2.2  参数估计的概念	22
2.2.1  参数估计定义	22
2.2.2  参数估计准则	24
2.3  四种基本参数估计方法	24
2.4  估计性质	32
2.5  静态向量情况下的参数估计	35
2.6  小结	39
参考文献	39
第3章  线性滤波方法	41
3.1  引言	41
3.2  卡尔曼滤波	41
3.2.1  系统模型	41
3.2.2  滤波模型	46
3.2.3  卡尔曼滤波的初始化	49
3.2.4  卡尔曼滤波算法应用举例	51
3.2.5  卡尔曼滤波应用中应注意
      的一些问题	53
3.3  稳态卡尔曼滤波	54
3.3.1  滤波器稳定的数学定义和
      判断方法	54
3.3.2  随机线性系统的可控制性
      和可观测性	54
3.3.3  稳态卡尔曼滤波	55
3.4  常增益滤波	56
3.4.1  ?-? 滤波	57
3.4.2  自适应?-? 滤波	59
3.4.3  ?-? 滤波算法应用举例	59
3.4.4  ?-?-? 滤波	61
3.4.5  自适应?-?-? 滤波	61
3.4.6  线性滤波器性能比较	62
3.5  Sage-Husa自适应卡尔曼滤波	62
3.6  H∞卡尔曼滤波	63
3.7  变分贝叶斯滤波	64
3.8  状态估计的一致性检验	65
3.8.1  状态估计误差一致性检验	65
3.8.2  新息的一致性检验	65
3.8.3  新息的白色检验	66
3.8.4  滤波器一致性检验应用
      举例	66
3.9  小结	67
参考文献	67
第4章  非线性滤波方法	70
4.1  引言	70
4.2  扩展卡尔曼滤波	70
4.2.1  系统模型	70
4.2.2  滤波模型	71
4.2.3  线性化EKF滤波的误差
      补偿	73
4.2.4  EKF应用举例	74
4.2.5  EKF应用中应注意的问题	77
4.3  不敏卡尔曼滤波	77
4.3.1  不敏变换	78
4.3.2  滤波模型	78
4.3.3  仿真分析	79
4.4  粒子滤波	82
4.4.1  滤波模型	82
4.4.2  EKF、UKF、PF滤波算法
      性能分析	84
4.5  平滑变结构滤波	86
4.6  小结	88
参考文献	89
第5章  量测数据预处理技术	92
5.1  引言	92
5.2  时间配准	92
5.3  空间配准	94
5.3.1  坐标系	94
5.3.2  坐标变换	97
5.3.3  常用坐标系间的变换
      关系	99
5.3.4  常用坐标系中的跟踪
      问题	103
5.3.5  跟踪坐标系与滤波状态
      变量选择	110
5.4  野值剔除	110
5.4.1  野值的定义、成因及
      分类	111
5.4.2  野值的判别方法	112
5.5  雷达误差标校	112
5.6  数据压缩	113
5.6.1  单雷达数据压缩	113
5.6.2  多雷达数据压缩	114
5.7  小结	116
参考文献	117
第6章  多目标跟踪中的航迹起始	119
6.1  引言	119
6.2  航迹起始波门的形状和尺寸	119
6.2.1  环形波门	120
6.2.2  椭圆（球）波门	120
6.2.3  矩形波门	121
6.2.4  扇形波门	122
6.3  航迹起始算法	122
6.3.1  直观法	122
6.3.2  逻辑法	123
6.3.3  修正的逻辑法	124
6.3.4  Hough变换法	125
6.3.5  修正的Hough变换法	127
6.3.6  基于Hough变换和逻辑的
      航迹起始算法	128
6.3.7  基于速度约束的改进Hough
      变换航迹起始算法	128
6.3.8  基于聚类和Hough变换的编
      队目标航迹起始算法	129
6.3.9  被动雷达航迹起始算法	131
6.4  航迹起始算法综合分析	132
6.5  航迹起始中的有关问题
     讨论	135
6.6  小结	135
参考文献	136
第7章  多目标数据互联算法	138
7.1  引言	138
7.2  联合极大似然算法	138
7.2.1  基本原理	138
7.2.2  应用举例	140
7.3  最近邻算法	142
7.3.1  最近邻算法	142
7.3.2  概率最近邻算法	142
7.3.3  性能分析	143
7.4  概率数据互联（PDA）
     算法	144
7.4.1  状态更新与协方差更新	144
7.4.2  互联概率计算	146
7.4.3  修正的PDAF算法	148
7.4.4  性能分析	149
7.5  综合概率数据互联算法
    （IPDA）	152
7.5.1  航迹存在性判断	152
7.5.2  数据互联	154

7.6  联合概率数据互联算法
    （JPDA）	154
7.6.1  JPDA算法的基本模型	154
7.6.2  联合事件概率的计算	158
7.6.3  状态估计协方差的计算	160
7.6.4  简化的JPDA算法模型	162
7.6.5  性能分析	164
7.7  全邻模糊聚类数据互联
     算法	165
7.7.1  确认矩阵的建立	165
7.7.2  有效回波概率计算	166
7.7.3  性能分析	169
7.8  最优贝叶斯算法	170
7.8.1  最优贝叶斯算法模型	170
7.8.2  算法的次优实现	171
7.9  多假设跟踪算法	172
7.9.1  假设的产生	172
7.9.2  概率计算	172
7.10  性能分析	174
7.11  小结	175
参考文献	175
第8章  多目标智能跟踪方法	178
8.1  引言	178
8.2  航迹智能预测技术	178
8.2.1  模型研究	179
8.2.2  典型方法	182
8.2.3  实验验证	182
8.3  点航智能关联技术	189
8.3.1  模型研究	189
8.3.2  实验验证	192
8.4  航迹智能滤波技术	197
8.4.1  问题描述	197
8.4.2  端到端学习的可行性分析	198
8.4.3  循环卡尔曼神经网络模型	201
8.4.4  RKNN网络训练	203
8.4.5  RKNN网络测试与仿真
      验证	205
8.5  小结	210
参考文献	210
第9章  中断航迹接续关联方法	213
9.1  引言	213
9.2  问题描述	213
9.3  传统方法	214
9.3.1  交互式多模型（IMM）中断
      航迹接续关联算法	214
9.3.2  多假设运动模型中断航迹接
      续关联算法	215
9.3.3  模糊航迹相似性度量	217
9.4  神经网络智能方法	219
9.4.1  判别式中断航迹接续关联
      方法	219
9.4.2  生成式中断航迹接续关联方法	223
9.4.3  图表示中断航迹接续关联
      方法	227
9.4.4  仿真分析	231
9.5  小结	236
参考文献	236
第10章  机动目标跟踪算法	240
10.1  引言	240
10.2  目标典型机动形式	241
10.3  具有机动检测的跟踪算法	243
10.3.1  可调白噪声模型	243
10.3.2  变维滤波算法	244
10.3.3  输入估计算法	245
10.4  自适应跟踪算法	247
10.4.1  修正的输入估计算法	247
10.4.2  Singer模型跟踪算法	249
10.4.3  当前统计模型算法	252
10.4.4  Jerk模型跟踪算法	253
10.4.5  多模型算法	255
10.4.6  交互式多模型算法	256
10.5  机动目标跟踪算法性能
      比较	259
10.5.1  仿真环境	260
10.5.2  结果分析	261
10.6  小结	265
参考文献	266
第11章  群目标跟踪算法	269
11.1  引言	269
11.2  群定义与群分割	269
11.2.1  群定义	269
11.2.2  群分割	270
11.3  中心类群航迹起始	272
11.3.1  群互联	272
11.3.2  群速度估计	273
11.4  群目标灰色精细航迹
      起始	276
11.4.1  群的预分割和预互联	277
11.4.2  群内目标灰色精细
       互联	277
11.4.3  群内航迹的确认	280
11.4.4  群目标状态矩阵的建立	281
11.4.5  算法仿真验证与分析	281
11.4.6  讨论	287
11.5  中心类群目标跟踪	288
11.5.1  群航迹起始、确认和
       撤销	289
11.5.2  群航迹更新	289
11.5.3  相关问题的实现	291
11.6  编队群目标跟踪	292
11.6.1  编队群目标跟踪概述	292
11.6.2  编队群目标跟踪逻辑
       描述	295
11.7  群目标跟踪性能分析	296
11.7.1  仿真环境	296
11.7.2  仿真结果分析	297
11.8  小结	299
参考文献	300
第12章  空间多目标跟踪与轨迹
         预报	303
12.1  引言	303
12.2  空间目标系统模型	303
12.2.1  基于空间动力学方程约束
       的状态方程	304
12.2.2  量测方程	305
12.3  空间多目标数据互联	306
12.4  动力学方程约束的空间目标
      跟踪	308
12.5  空间目标轨迹预报	310
12.5.1  轨迹预报初值点获取	310
12.5.2  ECI坐标系下欧拉方程
       外推预报	311
12.5.3  龙格-库塔积分预报法	312
12.6  仿真分析	313
12.6.1  仿真环境	313
12.6.2  空间多目标跟踪结果
       分析	313
12.6.3  空间目标轨迹预报结果
       分析	315
12.7  小结	316
参考文献	317
第13章  多目标跟踪终结理论与航迹
         管理	320
13.1  引言	320
13.2  多目标跟踪终结理论	320
13.2.1  序列概率比检验（SPRT）
       算法	320
13.2.2  跟踪波门方法	321
13.2.3  代价函数法	322
13.2.4  Bayes算法	323
13.2.5  全邻Bayes算法	324
13.2.6  算法性能分析	324
13.3  航迹管理	326
13.3.1  航迹号管理	326
13.3.2  航迹质量管理	328
13.3.3  信息融合系统中的航迹
       文件管理	333
13.4  小结	334
参考文献	335

第14章  无源雷达数据处理	337
14.1  引言	337
14.2  有源与无源雷达比较分析	337
14.3  单站无源定位与跟踪	339
14.3.1  相位变化率法	340
14.3.2  多普勒变化率和方位联合
       定位	341
14.3.3  多普勒变化率和方位、俯
       仰联合定位	342
14.3.4  基于修正极坐标的被动
       跟踪	343
14.3.5  基于多模型的被动跟踪	347
14.3.6  性能分析	350
14.4  多站无源定位与跟踪	351
14.4.1  纯方位无源定位	351
14.4.2  时差无源定位	353
14.4.3  扫描辐射源的时差无源
       定位与跟踪	356
14.5  无源雷达的最优布站	365
14.5.1  定位模糊椭圆面积	366
14.5.2  利用拉格朗日乘子法求
       解条件极值	367
14.5.3  定位模糊椭圆面积最小准
       则下的最优布站	372
14.6  无源雷达属性数据关联	373
14.7  小结	374
参考文献	374
第15章  脉冲多普勒雷达数据
         处理	377
15.1  引言	377
15.2  PD雷达系统概述	377
15.2.1  PD雷达的特点	377
15.2.2  PD雷达跟踪系统	378
15.3  PD雷达跟踪的典型算法	379
15.3.1  最佳距离-速度互耦跟踪
       算法	379
15.3.2  高重频微弱目标跟踪
       算法	381
15.3.3  带Doppler量测的滤波
       算法	388
15.4  PD雷达数据处理算法性能
      分析	394
15.4.1  高重频微弱目标跟踪算法
       性能分析	394
15.4.2  带Doppler量测的滤波算法
       性能分析	397
15.5  PD雷达应用举例	402
15.5.1  气象PD雷达	402
15.5.2  机载火控雷达	403
15.5.3  机载预警雷达	403
15.5.4  陆/舰基防空雷达	404
15.6  小结	404
参考文献	404
第16章  相控阵雷达数据处理	407
16.1  引言	407
16.2  相控阵雷达的特点	407
16.3  相控阵雷达系统结构及工作
      过程	408
16.3.1  相控阵雷达系统结构	408
16.3.2  相控阵雷达工作流程	409
16.4  相控阵雷达自适应采样周期
      目标跟踪	410
16.4.1  自适应采样周期常增益
       滤波	411
16.4.2  自适应采样周期交互多模型
       滤波	412
16.4.3  预测协方差门限法	413
16.5  相控阵雷达实时任务调度
      策略	414
16.5.1  调度的影响因素	414
16.5.2  模板调度策略	415
16.5.3  自适应调度策略	416
16.6  自适应采样周期目标跟踪
      算法性能分析	418
16.6.1  仿真环境与参数设置	418
16.6.2  仿真结果与分析	420
16.6.3  比较与讨论	421
16.7  小结	422
参考文献	422
第17章  雷达组网误差配准算法	425
17.1  引言	425
17.2  系统误差构成及影响	425
17.2.1  系统误差构成	425
17.2.2  系统误差影响	426
17.3  固定雷达误差配准算法	428
17.3.1  已知目标位置误差配准	428
17.3.2  实时质量控制（RTQC）
       算法	429
17.3.3  最小二乘（LS）算法	431
17.3.4  广义最小二乘（GLS）
       算法	431
17.3.5  扩展广义最小二乘（ECEF- 
       GLS）算法	433
17.3.6  仿真分析	436
17.4  机动雷达误差配准算法	438
17.4.1  机动雷达系统建模
       方法	439
17.4.2  目标位置已知的机动雷达
        配准算法	441
17.4.3  机动雷达最大似然配准
      （MLRM）算法	444
17.4.4  联合扩维误差配准（ASR）
       算法	450
17.4.5  仿真分析	450
17.5  目标状态抗差估计方法	453
17.5.1  系统描述	454
17.5.2  抗差估计	455
17.5.3  仿真实验	457
17.6  小结	459
参考文献	460
第18章  雷达组网数据处理	462
18.1  引言	462
18.2  雷达网的设计与分析	462
18.2.1  雷达网性能评价指标	462
18.2.2  雷达网优化布站	464
18.2.3  从抗干扰原则出发进行
       雷达布站仿真	468
18.2.4  雷达组网应用举例	470
18.3  单基地雷达组网数据处理	475
18.3.1  单基地雷达组网数据处理
       流程	475
18.3.2  单基地雷达组网的状态
       估计	476
18.4  双基地雷达组网数据处理	478
18.4.1  双基地雷达的基本定位
       关系	478
18.4.2  双基地雷达组合估计	480
18.4.3  双基地雷达组合估计可行
       性分析	481
18.4.4  双基地MIMO雷达
       技术	484
18.5  多基地雷达组网数据处理	485
18.5.1  多基地雷达数据处理
       流程	485
18.5.2  多基地雷达数据处理
       方法	486
18.6  雷达组网航迹关联	487
18.6.1  经典航迹关联方法	487
18.6.2  航迹抗差关联方法	489
18.7  小结	490
参考文献	490
第19章  雷达数据处理性能评估	493
19.1  引言	493
19.2  有关名词术语	493
19.3  数据关联性能评估	495
19.3.1  平均航迹起始时间	495
19.3.2  航迹累积中断次数	495
19.3.3  航迹关联概率	496
19.3.4  航迹模糊度	496
19.4  跟踪滤波性能评估	497
19.4.1  航迹精度	497
19.4.2  跟踪机动目标能力	498
19.4.3  虚假航迹比例	498
19.4.4  发散度	499
19.4.5  有效性	500
19.5  雷达网数据融合性能评估	502
19.5.1  雷达覆盖范围重叠度	502
19.5.2  航迹容量	502
19.5.3  雷达网发现概率	502
19.5.4  雷达网响应时间	503
19.6  雷达数据处理算法的评估
      方法	503
19.6.1  Monte Carlo方法	503
19.6.2  解析法	504
19.6.3  半实物仿真方法	504
19.6.4  试验验证法	505
19.7  小结	505
参考文献	505
第20章  雷达数据处理的实际
         应用	507
20.1  引言	507
20.2  在船用导航雷达中的
      应用	507
20.2.1  组成要求	507
20.2.2  处理过程	509
20.2.3  典型实例	513
20.3  在AIS和ADS-B系统中的
      应用	515
20.3.1  AIS系统	515
20.3.2  ADS-B系统	516
20.3.3  处理过程	517
20.3.4  典型实例	520
20.4  在海上信息中心的应用	521
20.4.1  功能组成	522
20.4.2  处理过程	522
20.4.3  典型实例	524
20.5  在对空监视系统中的应用	526
20.5.1  处理结构	526
20.5.2  处理过程	527
20.5.4  演示验证	528
20.6  小结	529
参考文献	530
第21章  回顾、建议与展望	532
21.1  引言	532
21.2  研究成果回顾	532
21.3  问题与建议	535
21.4  研究方向展望	537
参考文献	539
英文缩略语	542

第四版前言
复杂环境下雷达多目标数据处理、跟踪滤波和多雷达数据融合已逐渐发展成为雷达领域的热门研究方向，现代雷达系统除了解决信号处理问题外还必须能够解决好数据处理问题，雷达数据处理器已成为每个雷达系统和设计人员都不可回避的关键问题之一。为此，《雷达数据处理及应用》于2006年出版了第一版，并经过2009年第二版和2013年第三版的充实和更新，已经形成了稳定的框架：
（1）基础理论：时常参数估计→时变参数的线性滤波→非线性滤波；
（2）多目标跟踪：数据预处理→航迹起始→数据互联→机动目标跟踪→群跟踪→航迹质量管理；
（3）数据处理专题讨论：无源雷达→PD雷达→相控阵雷达→雷达网数据处理→数据处理性能评估与应用等。
近年来，随着新型雷达相关硬件设备、信号处理算法、计算机性能的巨大进步，数据处理能力上了一个又一个新台阶，雷达数据处理理论、算法、应用等都得到不断发展，这些都使我们迫切感觉到需要对相关内容进行全面的扩展和完善，以适应当前雷达数据处理领域的发展。本书在第三版的基础上进行修订、扩展和完善，并结合近十年来的最新研究成果补充了新的内容，全书总删减、新增、扩展和调整内容约达53%，第四版修订后全书共21章，相关修订内容概括如下。
（1）新增“第8章 多目标智能跟踪方法”、“第9章 中断航迹接续关联方法”和“第12章 空间多目标跟踪与轨迹预报”，主要讨论以深度学习/机器学习为代表的人工智能技术在多目标智能跟踪和中断目标航迹接续关联处理中的应用，以及空间目标跟踪等热点领域中著者团队的相关研究工作。
（2）删除原“第7章  极大似然类多目标数据互联方法”和“第18章  雷达数据处理仿真技术”，原7.3节的内容合并到第7章，原18章18.4节算法仿真示例的部分内容调整到7.6.5节和10.2节。
（3）书稿其他章节的内容也均有不同程度的删减和新增，例如：第3章增加了3.5节Sage-Husa自适应卡尔曼滤波、3.6节H∞卡尔曼滤波和3.7节变分贝叶斯滤波；第4章增加了4.5节平滑变结构滤波；第5章5.3.1 节增加了ECEF、ECI、NEU坐标系的相关内容，5.3.3节增加了“ECEF坐标系与ECI坐标系间的转换”、“ECEF坐标系与NEU坐标系间的转换”和“ECI坐标系与NEU坐标系间的转换”，5.4.2节删除了野值的判别方法中的部分内容；第6章增加了6.3.7节基于速度约束的改进Hough变换航迹起始算法；第7章增加了7.7节全邻模糊聚类数据互联算法；第10章增加了高超声速滑跃机动等典型的目标机动形式；第14章增加了14.7节扫描辐射源的时差无源定位；第15章增加了15.3.2节高重频微弱目标跟踪算法及其性能分析、PD雷达应用举例等内容；第18章增加了一些典型的雷达组网系统；第20章调整较大，特别是增加了雷达数据处理技术在船用导航雷达、AIS和ADS-B系统、海上信息中心、对空监视系统中应用的典型实例。另外，本次修订其他章节内容也都有或多或少的调整，此处不再一一赘述。
（4）对全稿文字进行通读和修订，以使语句表述更加通顺易懂，增强书稿的可读性。
（5）参考文献由最后统一列出修订为各章分别单列，使读者查找相关文献更方便、更快捷，并根据近年来国内外研究成果的最新发展，补充了部分参考文献。
本书第四版修订工作由何友、修建娟、刘瑜、崔亚奇、董凯、孙顺、丁自然、李耀文等共同完成，其中何友参加了全书各章节的修订和扩充工作，并负责该书的顶层设计与构思、全书统稿、审改、完善和精品推进，指导其他作者对全书进行了四次修订和完善，其中个别章节修订五次以上；修建娟负责全书的初步统稿、第1、5、11、13、16、19、21章的修订，并编写第12章；刘瑜负责修订第2、3、4、6、7、10章；崔亚奇负责编写第8、9章修订第17、20章；董凯负责修订第15、18章；孙顺负责修订第14章；丁自然负责修订缩略语和参考文献的按章排列。另外，刘俊、李耀文参加了本书部分章节的整理、校对等工作。本次修订过程中海军航空大学于洪波和谭顺成教员结合日常授课对本书提出了很多宝贵意见，研究生陆源、邢汇源、李浩然、孔战、徐平亮、姜乔文、熊振宇、朱洪峰、顾祥岐等也参与本书部分内容的校对、打印等工作，电子科技大学蔡德强教授在文献检索和查询中给予了诸多帮助，在此一并表示衷心的感谢。感谢国家自然科学基金（No.62171453）提供的资助和支持。最后，作者还要特别感谢电子工业出版社，特别是曲昕编辑对本书按期高质量出版的大力支持。
我们希望本书的出版，不仅能够给广大从事信息工程、模式识别、军事指挥等专业的科技人员提供一本可读性较好的参考书，也能够为他们的工作和后续学习打下一定的理论基础。
恳请广大读者能一如既往地关心本书，并提出宝贵的意见和建议。


                                        何  友  修建娟  刘  瑜  崔亚奇等
                                        2022年5月于
清华大学、海军航空大学






 

第三版前言
雷达技术的发展进步和应用需求持续推动雷达信号处理和数据处理技术的飞速发展，近年来随着新型雷达的不断出现，相关的硬件、算法和计算机性能等都取得了巨大进步，信号处理能力上了一个又一个新台阶，这就要求与之配套的雷达数据处理设备必须采用新的算法，能够在杂波环境下同时对多个目标进行处理，具有解决复杂环境下多目标数据互联、跟踪和多部雷达信息融合的能力。这些都使我们迫切感到需要结合雷达数据处理技术发展的新要求、新思路以及自己的最新研究成果对《雷达数据处理及应用（第二版）》的相关内容进行修订，以适应时代发展的需要。
本书从最基本的线性和非线性滤波方法入手，全面、系统地向读者介绍了雷达数据处理技术的发展情况与最新研究成果；在增强其逻辑性和可读性的基础上，对主要内容进行了补充和调整。具体为：（1）针对雷达数据处理的工程实现问题，对雷达数据处理器的工程设计要求、主要技术指标和数据处理器的评估等问题进行了分析和讨论。（2）将静态参数估计和动态参数估计这两部分既有相关性又有区别的内容分成两章分别进行讨论。（3）针对时变参数估计部分，详细讨论了描述系统输入输出关系的状态转移模型和输出观测模型的建立过程，充实了与稳态卡尔曼滤波相关的内容，包括滤波器稳定的数学定义和判断方法、随机线性系统的可控制性和可观测性等，同时结合弹道导弹目标跟踪问题充实了非线性滤波方面的内容。（4）增加了量测数据预处理中与时间配准相关的内容，讨论了三种典型的内插或外推时间配准方法，同时还增加了雷达误差标校技术等内容。（5）充实了航迹起始和极大似然类、贝叶斯类数据互联部分的内容，增加了针对编队目标进行航迹起始的算法、在杂波环境下对目标进行跟踪的综合概率数据互联（IPDA）算法和相应的仿真分析。（6）针对机动目标跟踪部分，增加了基于修正输入估计的机动目标自适应跟踪算法，并在同一仿真环境下对该算法和其他几种比较典型的机动目标跟踪算法进行了分析比较，得出了相关结论。（7）充实了杂波环境下群内目标精细航迹起始和编队群目标跟踪相关算法，增加了基于灰色理论的群目标精细航迹起始算法。（8）充实了航迹管理部分的内容，增加了航迹数据的存储和信息融合系统中的航迹文件管理等内容。（9）在无源雷达数据处理部分，增加了定位模糊椭圆最小准则下的无源传感器最优布站、测时差无源定位等内容，充实了机载ESM定位等内容。（10）将脉冲多普勒雷达数据处理和相控阵雷达数据处理相关内容分两章作为专题进行讨论，其中脉冲多普勒雷达数据处理一章在对原有内容进行调整、修改的基础上增加了无偏序贯不敏卡尔曼滤波算法、带Doppler测量的不敏卡尔曼滤波算法和机动目标不敏卡尔曼滤波算法，并分别在两种不同的仿真环境下对上述算法的跟踪性能进行了对比和分析，得出了相关结论；而相控阵雷达数据处理一章在原有内容的基础上增加了对相控阵雷达系统结构和工作过程的讨论，给出了相应的系统结构框图和相控阵雷达工作流程图，充实了多目标相关处理、变采样间隔滤波和资源调度策略部分的内容，增加了基于交互多模型的自适应采样、基于预测误差协方差门限的自适应采样和预先定义采样间隔的自适应采样等内容，最后通过仿真对相控阵雷达跟踪算法的性能进行了讨论和总结。（11）将雷达网误差配准问题从原来的雷达组网数据处理中分离出来用一章的篇幅做专门讨论，其中原有的雷达组网数据处理部分的内容进行了充实，增加了雷达组网优化布站、航迹关联等内容，补充了一些工程和实际上存在的雷达组网系统；而新增的雷达网误差配准算法一章在对原有的系统误差配准相关内容进行充实的基础上，增加了对系统误差所造成影响的分析，特别是大的测距系统误差对航迹的影响，并把机动雷达误差配准算法专门作为一节进行了讨论，分别针对机动雷达系统建模方法、目标位置已知的机动雷达配准算法、机动雷达最大似然配准（MLRM）算法、联合扩维误差配准（ASR）算法进行了研究，同时还对上述算法的性能进行了仿真分析。（12）对雷达数据处理性能评估部分进行了充实和补充，增加了雷达网数据处理性能评估相关内容。（13）丰富了雷达数据处理应用部分的内容，在对原有内容进行充实并结合具体系统进行分析的基础上增加了与相控阵雷达系统应用有关的内容。同时，结合雷达数据处理技术日新月异的发展，本书增加了必要的参考文献，并对第二版中一些文字叙述不确切之处进行了修正。
本书在撰写出版过程中，烟台海军航空工程学院电子信息工程系王海鹏博士、崔亚奇博士生、董凯博士生、刘瑜博士生等参加了本书部分内容的编写和修改工作，著者在此一并向他们表示谢意。作者还要感谢电子工业出版社，特别是王春宁编辑对本书按期高质量出版的大力支持。
我们希望本书的出版，不仅给广大从事信息工程、模式识别、军事指挥等专业的科技人员提供一本可读性较好的参考书，也为他们的工作和后续学习打下一定的理论基础。
恳请广大读者能一如既往地关心本书，并提出宝贵的意见和建议。

                                             何  友  修建娟  关  欣 等
                                              2013年3月      
于烟台海军航空工程学院




 

第二版前言
雷达技术的发展进步和应用需求推动雷达数据处理技术不断向前发展，雷达数据处理技术和优化理论、信息论、检测与估计、计算机科学等都有着紧密的联系，是未来各种智能化系统的重要基础之一。近年来，雷达数据处理技术无论在处理算法还是系统设计、硬件结构、实时处理软件编程等方面都有了长足的发展和进步，其在雷达、声呐、导航、通信、遥感、电子对抗、自动控制、生物医学、地球物理、经济学、社会学中都有良好的应用前景，受到了广泛的重视。
《雷达数据处理及应用》自2006年1月出版以来，受到广大读者的关注和厚爱，作者在此表示衷心的感谢。由于雷达数据处理理论、算法和应用的不断发展，我们迫切感觉到要对本书进行修订并补充新的内容，以适应时代发展的需要。
本书是在第一版的基础上加以修改和增订而成的，在力求具有较高科学性的前提下，从基本概念和基本滤波方法入手，全面、系统地向读者介绍了雷达数据处理技术的发展情况与最新研究成果；在增强其逻辑性和可读性的基础上，对主要内容进行了补充和调整，增加了“群目标跟踪”和“雷达数据处理性能评估”两章，同时还对第一版中原有的各章节内容进行了不同程度的修改，加强了在同一仿真环境下对不同算法的仿真比较，以增强说服力。具体为：（1）综合近几年雷达数据处理技术的发展，对雷达数据处理的研究现状给予了更全面的阐述；将雷达数据处理中所包含的相关概念和主要内容之间的关系给予了更深刻的分析；（2）充实了雷达数据处理所需的基础理论，对时常参数估计部分的内容进行了完善，并在同一仿真环境下对线性和非线性滤波算法、高斯和非高斯噪声情况下的非线性滤波方法进行了比较分析；（3）充实了雷达数据处理中有关多目标跟踪部分的内容，增加了简化联合概率数据互联算法，同时压缩了一些重复的内容，如删减了修正的当前统计模型部分内容；增加了群目标跟踪一章，在分析群的分割、群的互联和群速度估算三方面问题的基础上，从群的起始算法入手，围绕群的航迹更新、群的合并、群的分裂等多个方面研究了中心群目标跟踪算法和编队群目标跟踪算法；（4）补充了无源雷达数据处理一章的内容，增加了属性信息数据互联、机载ESM定位等内容，并将原来第3章的基于修正极坐标的无源跟踪调整到该部分；（5）对雷达组网数据处理技术一章进行了补充，增加了双基地雷达数据压缩可行性分析等内容；（6）增加了雷达数据处理性能评估一章，从平均航迹起始时间、航迹累积中断次数、航迹模糊度、航迹累积交换次数、航迹精度、跟踪机动目标能力、虚假航迹比例、发散度、有效度等几个方面研究了雷达数据处理性能评估指标，同时分析了Monte Carlo方法、解析法、半实物仿真评估法、试验法等雷达数据处理性能评估方法；（7）进一步充实了雷达数据处理应用部分的内容，增加了带Doppler测量的雷达目标跟踪等内容。此外，根据近年来国内外最新的研究成果，本书增加了必要的参考文献并对第一版中一些文字叙述不确切之处进行了修正。
本书在撰写出版过程中，烟台海军航空工程学院电子信息工程系王国宏教授与作者进行了一些有益的讨论，提出了一些宝贵的修改意见；博士生宋强、王海鹏、王本才、硕士生张政超、刘小华等参加了本书部分内容的修改和校对工作，作者在此一并向他们表示谢意。作者还要感谢电子工业出版社，特别是王春宁编辑对本书按期高质量出版的大力支持。
我们希望本书的出版，不仅给广大从事信息工程、模式识别、军事指挥等专业的科技人员提供一本可读性较好的参考书，也为他们的工作和后续学习打下一定的理论基础。
恳请广大读者能一如既往地关心本书，并提出宝贵的意见和建议。

何  友  修建娟  张晶炜  关  欣 等
2009年7月           
于烟台海军航空工程学院      



 

第一版前言
雷达数据处理器和雷达信号处理器是现代雷达系统中的两大重要组成部分，雷达接收到的信号先要在信号处理器中进行处理，达到抑制杂波、干扰信号和检测目标信号的目的；然后还要在数据处理器中进行处理，达到最大限度地提取目标坐标信息，以便对控制区域内目标的运动轨迹进行估计，并给出它们在下一时刻的位置推移，实现对目标高精度实时跟踪的目的。近年来，随着硬件、算法和计算机性能等方面的巨大进步，信号处理能力上了一个又一个台阶。这就使量测数据可被用于同时跟踪大量复杂目标，而且这些目标的机动性、目标平台的多样性、密集性和低可观测性也在不断加强，平台间对抗措施的先进性还在不断提高，从而也刺激了雷达数据处理的发展。本书是著者在多年来对雷达数据处理技术研究的基础上总结而成的，较全面、系统地向读者介绍了雷达数据处理技术的发展情况与最新研究成果，以期为国内同行提供一个进一步从事这一领域理论研究和实际应用的基础。
全书共分15章。第1章介绍了雷达数据处理的研究目的、意义、应用领域、历史和现状，以便使读者对雷达数据处理技术有一个全面的、基本的了解。第2章介绍状态估计与线性滤波方法，目的是为读者提供本书以后各章需要的理论基础。第3章研究非线性滤波方法。第4章讨论量测数据预处理技术，有效的量测数据预处理方法可以降低雷达数据处理的计算量和提高目标的跟踪精度。第5章研究了多目标跟踪中的航迹起始理论，具体包括两大类：一类是面向目标的顺序处理技术；另一类是面向量测的批处理方法。第6章讨论极大似然类多目标数据互联方法。作为第6章的继续，第7章研究贝叶斯类多目标数据互联方法。第8章研究机动目标跟踪方法，并分为具有机动检测的跟踪算法和自适应跟踪算法两大类进行论述。第9章讨论多目标跟踪终结技术与航迹管理技术。第10章研究无源雷达数据处理技术，同时还对无源雷达目标跟踪的优点和特点进行了阐述。第11章介绍相控阵技术在现代雷达系统中的应用情况，以及相控阵雷达数据处理的功能和特点，同时还介绍了脉冲多普勒（PD）雷达的一些相关知识和数据处理方法。第12章讨论雷达组网数据处理技术。第13章讨论雷达数据处理仿真技术，包括系统仿真的基础知识和进行Monte Carlo仿真实验时随机数的产生方法，同时还给出了雷达数据处理算法的仿真实例，以帮助读者能更好地理解系统仿真技术在雷达数据处理技术研究中的应用。第14章介绍雷达数据处理的实际应用。第15章回顾和总结本书的研究成果，并对某些问题提出进一步的研究建议。
本书由烟台海军航空工程学院何友、修建娟、张晶炜、关欣、熊伟、苏峰、董云龙、衣晓编著。我们知道，雷达数据处理技术是随着武器系统和设备、信号处理技术等的发展而不断发展的，由于篇幅的限制，本书不可能对这些发展做出统览无余的介绍。为此，我们在每章的最后都进行了归纳和总结，指出一些重要的新发展供读者进一步研究参考。同时，由于著者水平有限，书中难免还存在一些缺点和错误，殷切希望广大读者批评指正。

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