複雜雷達系統中數字信號處理設計與實現（簡體書）

本書以複雜數字化自動化雷達系統的算法設計和系統實現為重點，全書包括三部分：雷達通用數字信號處理和控制算法設計、雷達數字信號處理與控制算法的系統實現設計、雷達系統中隨機過程的測量。第一部分從雷達的模數轉換、數字化檢波、動目標指示、信號參數測量、目標航跡起始、目標航跡跟蹤濾波等各個環節給出了通用信號處理信號算法的設計原則，第二部分介紹基於微處理器並行的方法如何實現上述信號處理算法，主要分析在設計時如何評估運算量的需求，並使得運算速度滿足需求等，第三部分是介紹了隨機過程均值、方差、概率分佈函數、時頻分佈參數的估計和測量問題。

雷達系統的基本任務是針對穩健信號處理和信號參數估計等問題給出適當的解決方案，雖然前人對噪聲環境中雷達系統信號處理方法已進行了廣泛研究，並出版了大量專著和期刊論文，但目前仍有很多關鍵問題尚未解決。針對這些問題，出現了一些新的解決方法，如噪聲中雷達系統的穩健信號處理方法，這種方法是對原有研究成果的繼承和深化，可以獲得更佳的性能。
本書從噪聲中信號處理的廣義方法出發，重點論述了複雜雷達系統中的穩健信號處理問題。噪聲中信號處理的廣義方法的提出是基於一個貌似有些抽象的概念，即引入一個不包含任何信號信息的額外噪聲源，並用其提高複雜雷達系統的性能。理論研究和實驗分析都表明，噪聲中信號處理的廣義方法進行判決利用的是似然函數的均值與方差的聯合充分統計量，而經典信號處理方法和現代信號處理方法僅利用了似然函數均值的充分統計量。
跟經典理論和現代理論中的最佳信號處理算法相比，由於利用了似然函數統計特性的額外信息，複雜雷達系統穩健信號處理算法的性能更好，這種信號處理的廣義方法使得超越經典和現代信號處理理論給出的潛在抗噪極限成為可能。在復雜雷達系統中，用基於噪聲中信號處理的廣義方法替代基於經典和現代信號處理理論中的最佳和準最佳信號處理算法可獲得更好的檢測性能。
為了更好地理解廣義方法的基本概念和基本原理，讀者可以參考作者之前
撰寫的幾本著作：Signal Processing in Noise：ANew Methodology（IEC，Minsk，1998），Signal Detection， Theory（Springer-Verlag，New York，2001），Signal Pro-cessing Noise（CRC Press，Boca Raton，FL， 2002）以及Signal and Image Processin，in Navigational Systems（CRC Press，Boca Raton，FL，2005）。
雷達系統是電子工程領域的重要內容。大學期間的課程設置一般將重點放在工程師所使用的基本工具上，如電路設計、信號分析、固態器件、數字化處理、電子器件、電磁學、自動控制和微波理論等。但在電子工程實踐中，在構建特定用途的某型系統時，這些只是所需的技術、零部件或子系統而已。
雷達系統的設計涉及很多方面，其中最重要的是概念設計。研製新型雷達系統之前，在考慮到用戶友好性的同時，必須開展概念設計以指導研發。概念設計包括根據雷達方程及相關方程確定雷達系統的特性，並明確可能採用的發射機、天線、接收機和信號處理機等子系統的一般特性。此外，為了應用現代穩健信號處理算法，還要給定所採用的計算機子系統的結構。只有遵從系統方法學的指導，才有可能完成概念設計。
需要說明的是，至少有兩種研發新型複雜雷達系統的方式。一種是採用新發明、新技術、新器件或新知識，第二次世界大戰早期微波磁控管的發明就是典型例證，磁控管的出現曾給雷達系統的設計帶來了變革。另一種（可能也是更常用的）雷達系統概念設計方式，就是首先確定新型雷達系統必須具備的功能，然後對現有各種可以實現所需功能的方法進行認真分析和評估，選擇其中最能滿足功能需求和成本約束的一種方法。本書對雷達系統設計的上述兩種系統學方法都進行了詳細論述。
採用穩健的信號處理算法並準確給出信號參數是複雜雷達系統設計的重要目標之一。為此在設計複雜雷達系統時，需要採用隨機過程實驗分析所獲得的理論和方法，如可基於統計估計理論設計和構建隨機過程統計參數的最佳或準最佳測量器，同時還要特別關注統計參數估計時的系統誤差和隨機誤差，它們都是觀測時間和噪聲水平的函數。
隨機過程的主要統計參數包括均值（即數學期望）、方差、相關函數（或協方差）、功率譜密度、概率密度函數和尖峰信號參數等，書中詳細給出了這些統計參數的各種測量和估計方法，這些方法均可採用模擬或數字的方式實現，書中對這兩種方式的測量值與測量誤差（代表了這些方法的性能）進行了研究。另外還給出了數學期望、方差和相關函數等參數的數字式測量器結構框圖以及最佳測量器結構框圖，並對上述參數估計的方差和偏差進行了分析。針對非平穩隨機過程，給出了數學期望和方差的估計方法，並給出了統計參數估計的偏差和方差的通用表達式，以便直接進行解析計算。

緒論
第一部分雷達數字信號處理與控制算法設計
第1章複雜雷達系統設計的系統方法學原理
1．1系統方法學
1．2複雜雷達系統的主要技術要求
1．3自動化複雜雷達系統的系統設計
1 ．4雷達信號處理系統設計
1．5總結與討論
第2章基於數字式廣義檢測器的信號處理
2．1模數轉換的基本原理
2．1．1採樣過程
2．1．2量化與信號採樣的轉換
2．1．3模數轉換的設計原理與主要參數
2．2針對相參脈衝信號的數字式廣義檢測器
2．2．1匹配濾波器
2．2．2廣義檢測器
2．2． 3數字式廣義檢測器
2．3時域卷積
2．4頻域卷積
2．5 DGD設計實例
2．6總結與討論
第3章跨週期數字信號處理算法
3．1數字式動目標指示算法
3．1．1構建原則與性能指標
3．1．2數字式帶阻濾波器
3．1．3雷達系統重頻變化時的數字式動目標指示器
3．1．4數字式動目標指示器中的自適應技術
3．2參數已知時相參脈衝信號的DGD
3．2．1初始條件
3．2．2目標回波脈衝串的DCD
3．2．3目標回波脈衝串二元量化後的DGD
3．2．4基於序貫分析的DGD
3．2．5二元量化目標回波脈衝串的軟件化DGD
3．3參數未知時相參脈衝信號的DGD
3．3．1數字檢測器綜合的問題描述
3．3．2自適應DGD
3．3．3非參量化DGD
3．3．4自適應非參量化DGD
3．4目標回波信號參數的數字化測量
3．4．1目標距離的數字化測量
3．4．2雷達天線勻速掃描時的角坐標估計算法
3．4．3雷達天線離散掃描時的角坐標估計算法
3．4．4多普勒頻率測量
3．5跨週期數字信號處理的複雜廣義算法
3．6總結與討論
第4章目標航蹟的檢測與跟踪算法
4．1主要階段與信號再處理過程
4．1．1波門的形狀與尺寸
4．1．2基於距波門中心偏差最小的目標點指示算法
4．1．3重疊波門內的目標點分佈與關聯
4．2監視雷達目標航跡檢測
4．2．1目標航跡檢測的主要過程
4．2．2 “ 2／m+l/n”算法性能分析：虛假目標航跡檢測
4．2．3 “2/m+l/n”算法性能分析：真實目標航跡檢測
4．3監視雷達目標航跡跟踪
4 ．3．1目標航跡自動跟踪算法
4．3．2目標航跡檢測與跟踪的聯合算法
……
第二部分用於實現雷達信號處理與控制算法的計算機系統設計原理
第三部分雷達系統中隨機過程的測量