雷达数据处理及应用（第四版）

本书是关于雷达数据处理理论及应用的一部专著，是作者们在前三版的基础上结合近十年来**研究成果进行了修订、扩充和完善，是国内外该领域近年来研究进展和自身研究成果的总结，全书总删减、新增、扩展和调整内容约53%，本书共由21章组成，主要内容有：雷达数据处理概述，参数估计，线性滤波方法，非线性滤波方法，量测数据预处理技术，多目标跟踪中的航迹起始，多目标数据互联算法，多目标智能跟踪方法，中断航迹接续关联方法，机动目标跟踪算法，群目标跟踪算法，空间多目标跟踪与轨迹预报，多目标跟踪终结理论与航迹管理，无源雷达数据处理，脉冲多普勒雷达数据处理，相控阵雷达数据处理，雷达组网误差配准算法，雷达组网数据处理，雷达数据处理性能评估，雷达数据处理的实际应用，以及关于雷达数据处理理论的回顾、建议与展望。

何友，中国工程院院士，1997年毕业于清华大学，获通信与信息系统博士学位， 曾留学德国。中共十七大代表，第十二届全国政协委员。曾任CAAI/CIE／CAA/CIC/CSF/IET Fellow，国务院学科评议组成员，国家杰出青年科学基金评审委员会委员，国家自然科学基金委信息学部咨询专家委员会委员，中国人工智能学会名誉副理事长，中国指挥与控制学会副理事长、中国电子学会和航空学会常务理事，中国航空学会信息融合分会主任委员等。主要研究领域有：信号检测、信息融合、智能技术与应用等。以第一完成人获国家科技进步二等奖4项、国家教学成果一、二等奖各1项，获省部级一等奖11项，授权中国发明专利和软件著作权60余项。是全国百篇优秀博士学位论文获得者，在IEEE会刊等发表重要论文260余篇，出版专著6部，论著他引20000余次，培养博士后、博士、硕士180余人。先后入选国家百千万人才工程，荣获何梁何利基金科学与技术进步奖、“求是”工程奖、全国留学回国人员成就奖、山东省科学技术**奖等。

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