天波超视距雷达数据处理 [Data Processing of Skywave Over-the-Horizon Radar] 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

　　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

第1章 绪论
1．1 引言
1．2 OTHR发展现状
1．3 OTHR系统目标跟踪框架
1．4 OTHR目标跟踪算法的发展现状
1．4．1 第一类算法
1．4．2 第二类算法
1．4．3 第三类算法
1．5 天波超视距雷达目标跟踪建模
1．5．1 电离层模型
1．5．2 坐标变换模型
1．5．3 杂波模型
1．6 目标跟踪方案设计
1．6．1 雷达坐标系下目标跟踪
1．6．2 地理坐标系下目标跟踪
1．6．3 混合坐标系下目标跟踪

第2章 两级Hough变换航迹起始
2．1 引言
2．2 两级Hough变换航迹起始算法
2．2．1 问题描述
2．2．2 算法思想
2．2．3 第一级Hough变换
2．2．4 第二级Hough变换
2．2．5 航迹参数提取
2．2．6 算法流程
2．3 仿真分析

第3章 OTHR多路径Viterbi数据关联
3．1 引言
3．2 MVDA算法推导
3．2．1 目标与传感器建模
3．2．2 回波确认
3．2．3 算法架构
3．2．4 架构路径代价
3．2．5 节点转移代价计算
3．2．6 目标存在置信模型
3．2．7 架构初始化与滤波
3．2．8 MVDA算法流程
3．3 MVDA仿真分析
3．3．1 场景设置
3．3．2 波门概率的稳定性
3．3．3 MVDA和MPDA算法对比
3．3．4 MVDA和VDA对比

第4章 基于期望极大化的联合多路径数据关联与融合
4．1 引言
4．2 问题描述
4．3 联合多路径数据关联与融合
4．4 基于分布式EM的多检测系统目标跟踪
4．4．1 基于集中式。EM的联合估计与决策
4．4．2 多检测系统与传感网的对应关系
4．4．3 分布式感知EM算法
4．5 仿真分析
4．5．1 OTHR目标跟踪
4．5．2 多检测系统目标跟踪

第5章 多量测下的多路径伯努利滤波器
5．1 引言
5．2 多检测问题描述
5．3 多路径伯努利滤波器
5．3．1 多检测系统中目标跟踪的随机有限集理论
5．3．2 面向多检测目标跟踪的多路径伯努利滤波框架
5．3．3 多路径伯努利滤波的高斯混合实现
5．3．4 仿真分析

第6章 基于FBR的OTHR联合模式辨识与定位提升
6．1 引言
6．2 问题提出
6．2．1 OTHR量测模型
6．2．2 FBR量测模型
6．3 基于FBR的OTHlR模式辨识与定位精度提升
6．3．1 考虑目标高度信息的坐标变换
6．3．2 FBR联合辨识与估计
6．3．3 模式辨识
6．3．4 定位提升
6．4 仿真分析
6．4．1 FBR目标状态初步估计
6．4．2 OTHR模式辨识
6．4．3 目标定位提升

第7章 总结与展望
7．1 增强复杂环境下信息获取能力
7．1．1 二维阵列技术
7．1．2 协作式波形设计技术
7．1．3 测高与带宽技术
7．1．4 基于大规模优化理论的传感器资源调度
7．2 建立目标、雷达、电磁环境信息的一体化融合
7．2．1 电离层电子浓度实时大范围建模与数据同化
7．2．2 天波超视距雷达目标检测前跟踪技术
7．2．3 目标状态估计与环境参数辨识一体化处理技术
7．2．4 雷达与环境系统一体化
7．3 基于海量数据挖掘的情报生成
7．3．1 基于辅助信源的航迹后处理技术
7．3．2 组网协同探测与多源信息融合技术
7．3．3 基于大数据挖掘的情报提升技术

附录A 定理2．1至定理2．3的证明
附录B 定理5．1至定理5．4的推导
缩略语
参考文献

精彩书摘

　　《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（预警卫星为第一层战略预警系统）。
　　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，平时提供全天候反毒品监视。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年代开始研制，1978年完成第一阶段方案研制，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。
　　……

前言/序言

　　天波超视距雷达（OTHR）利用高频信号的电离层折射，能够克服地球曲率的限制，实现数千千米距离、数百万平方千米范围内弹道导弹、隐身飞机、大中型舰船等的早期预警，是战略预警体系的骨干装备。与常规数据处理不同的是，OTHR数据处理面临着“三低”（低数据率、低检测概率、低测量精度）和“多路径”（由于电离层多点折射引起的传播路径不确定）并存的挑战。
　　在国家自然科学基金重点项目“基于联合决策与估计的高频超视距雷达信息处理与融合”（61135001）、面上项目“面向大数据处理的分层EM理论和方法研究”（61374023）、面上项目“面向OTHR目标跟踪的多路径PHD滤波算法研究”（61374159）、国家自然科学基金青年项目“高维未知参数下的天波超视距雷达目标跟踪算法研究”（61501378）以及国防科研项目的资助下，研究组经过10年的研究和探索，在OTHR航迹起始、数据关联、联合优化、信息融合等方面取得了积极的进展。本书收录的代表性成果包括：OTHR两级Hough变换航迹起始算法（第2章）、OTHR多路径Viterbi数据关联（第3章）、基于期望极大化框架的OTHR联合多路径数据关联与融合（第4章）、多量测环境下的多路径伯努利滤波器（第5章）、基于前置接收机的OTHR联合模式辨识与定位提升（第6章）。为便于读者阅读和参考，各章的编排尽量做到相互独立并相对完整。读者在了解OTHR数据处理基本问题（第1章）之后便可以阅读各章。为了提升OTHR的预警能力，国内外持续开展了OTHR信息获取、处理优化、信息融合方面研究，我们整理了相应的研究热点并分析了未来技术（第7章），希望对读者有所启发。
　　本书读者对象是从事雷达技术研究、设计和应用的科技工作者、研究生。研究成果对于从事目标跟踪、状态估计、信息融合的研究人员也有借鉴作用。鉴于作者水平有限，书中疏漏和不当之处在所难免，恳请读者批评指正。
　　感谢王培德教授、张洪才教授、潘泉教授等前辈，是他们把我们带入目标跟踪与信息融合的研究与应用领域，为我们指明了研究方向。感谢活跃在雷达数据处理领域的众多国内外学者，正是他们出色的工作坚定了我们长期从事雷达数据处理研究的信念。感谢多年来与我们合作的研究所的同仁，正是与他们的合作过程，使我们的研究在需求上得到了牵引，在经费上得到了资助，在实践上得到了验证。
　　本书收录了兰华博士、冯肖雪博士、刘慧霞博士、金术玲博士、王永齐硕士等。的部分研究工作。杨峰副教授和王增福博士承担并出色完成了算法工程化和验证的工作。冯肖雪博士、曹晶莹硕士、薛高茹硕士参与了全书的整理及核对工作；张金凤硕士、张伟芳硕士、何重阳硕士等参与了本书部分章节的整理工作，在此表示感谢。
　　本书得到了国防科技图书出版基金的资助。特别感谢贲德院士、何友院士、韩崇昭教授等老专家的热情推荐，感谢王小谟院士等基金评审委员会专家的厚爱，感谢熊思华等国防工业出版社同仁的细致周到服务。
　　感谢关心、支持、帮助我们的父母、师长、朋友们，感谢一贯支持和鼓励我们的家属们。
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