天波超視距雷達數據處理 [Data Processing of Skywave Over-the-Horizon Radar] 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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內容簡介

　　天波超視距雷達（OTHR）是戰略預警體係的重要骨乾裝備。其數據處理麵臨著信號電離層多層摺射的路徑不確定性（多路徑）與低數據率、低檢測概率、低測量精度（三低）等復雜特性的挑戰，迫切需要開展多模態、不確定下新機理、新方法的探索。
　　《天波超視距雷達數據處理》以天波超視距雷達數據處理中航跡起始、關聯、融閤為主綫，收錄瞭研究組在國傢自然科學基金重點項目（2項）等課題支持下在兩級Hough變換航跡起始、多路徑Viterbi數據關聯、基於期望極大化的聯閤多路徑數據關聯與融閤、多量測下多路徑伯努利濾波、基於前置接收機的模式辨識與定位提升方麵取得的主要成果，具有新穎性、前沿性、理論與應用密切結閤的特點。
　　《天波超視距雷達數據處理》可作為高等院校與科研院所雷達數據處理、多源信息融閤、情報分析與綜閤等專業領域的研究和教學參考用書，也可作為自動化、信息工程等領域師生和科研人員的參考用書。

目錄

第1章 緒論
1．1 引言
1．2 OTHR發展現狀
1．3 OTHR係統目標跟蹤框架
1．4 OTHR目標跟蹤算法的發展現狀
1．4．1 第一類算法
1．4．2 第二類算法
1．4．3 第三類算法
1．5 天波超視距雷達目標跟蹤建模
1．5．1 電離層模型
1．5．2 坐標變換模型
1．5．3 雜波模型
1．6 目標跟蹤方案設計
1．6．1 雷達坐標係下目標跟蹤
1．6．2 地理坐標係下目標跟蹤
1．6．3 混閤坐標係下目標跟蹤

第2章 兩級Hough變換航跡起始
2．1 引言
2．2 兩級Hough變換航跡起始算法
2．2．1 問題描述
2．2．2 算法思想
2．2．3 第一級Hough變換
2．2．4 第二級Hough變換
2．2．5 航跡參數提取
2．2．6 算法流程
2．3 仿真分析

第3章 OTHR多路徑Viterbi數據關聯
3．1 引言
3．2 MVDA算法推導
3．2．1 目標與傳感器建模
3．2．2 迴波確認
3．2．3 算法架構
3．2．4 架構路徑代價
3．2．5 節點轉移代價計算
3．2．6 目標存在置信模型
3．2．7 架構初始化與濾波
3．2．8 MVDA算法流程
3．3 MVDA仿真分析
3．3．1 場景設置
3．3．2 波門概率的穩定性
3．3．3 MVDA和MPDA算法對比
3．3．4 MVDA和VDA對比

第4章 基於期望極大化的聯閤多路徑數據關聯與融閤
4．1 引言
4．2 問題描述
4．3 聯閤多路徑數據關聯與融閤
4．4 基於分布式EM的多檢測係統目標跟蹤
4．4．1 基於集中式。EM的聯閤估計與決策
4．4．2 多檢測係統與傳感網的對應關係
4．4．3 分布式感知EM算法
4．5 仿真分析
4．5．1 OTHR目標跟蹤
4．5．2 多檢測係統目標跟蹤

第5章 多量測下的多路徑伯努利濾波器
5．1 引言
5．2 多檢測問題描述
5．3 多路徑伯努利濾波器
5．3．1 多檢測係統中目標跟蹤的隨機有限集理論
5．3．2 麵嚮多檢測目標跟蹤的多路徑伯努利濾波框架
5．3．3 多路徑伯努利濾波的高斯混閤實現
5．3．4 仿真分析

第6章 基於FBR的OTHR聯閤模式辨識與定位提升
6．1 引言
6．2 問題提齣
6．2．1 OTHR量測模型
6．2．2 FBR量測模型
6．3 基於FBR的OTHlR模式辨識與定位精度提升
6．3．1 考慮目標高度信息的坐標變換
6．3．2 FBR聯閤辨識與估計
6．3．3 模式辨識
6．3．4 定位提升
6．4 仿真分析
6．4．1 FBR目標狀態初步估計
6．4．2 OTHR模式辨識
6．4．3 目標定位提升

第7章 總結與展望
7．1 增強復雜環境下信息獲取能力
7．1．1 二維陣列技術
7．1．2 協作式波形設計技術
7．1．3 測高與帶寬技術
7．1．4 基於大規模優化理論的傳感器資源調度
7．2 建立目標、雷達、電磁環境信息的一體化融閤
7．2．1 電離層電子濃度實時大範圍建模與數據同化
7．2．2 天波超視距雷達目標檢測前跟蹤技術
7．2．3 目標狀態估計與環境參數辨識一體化處理技術
7．2．4 雷達與環境係統一體化
7．3 基於海量數據挖掘的情報生成
7．3．1 基於輔助信源的航跡後處理技術
7．3．2 組網協同探測與多源信息融閤技術
7．3．3 基於大數據挖掘的情報提升技術

附錄A 定理2．1至定理2．3的證明
附錄B 定理5．1至定理5．4的推導
縮略語
參考文獻

精彩書摘

　　《天波超視距雷達數據處理》：
　　1.2 0THR發展現狀
　　OTHR經過數十年的研究和發展，現已進入實用階段，美國和俄羅斯都已正式裝備部隊。俄羅斯超視距雷達的發展水平與美國大體相當，蘇聯在20世紀80年代研製瞭超視距彈道導彈預警雷達，具備瞭對大氣層內導彈的預警能力，1980年蘇聯在明斯剋、高加索和遠東地區部署瞭3部OTHR，用於彈道導彈預警，在海參崴附近的納霍德卡部署瞭1部OTHR，用於監視美國、日本等國傢在西太平洋地區的軍事活動。目前，俄羅斯采用天波與地波聯閤工作體製，作為第二層戰略預警係統（預警衛星為第一層戰略預警係統）。
　　20世紀60年代，美國海軍研究室研製成功瞭發射和接收共用一副天綫的“麥德雷”單基OTHR，1970年美國海軍研究室和斯坦福研究所聯閤研製瞭名為“寬口徑研究設備”（WARF）的雙基OTHR，主要用來探測飛機、導彈和海上艦船以及海洋狀況。與“麥德雷”相比，WARF對於慢速的小目標具有更高的方嚮角分辨率。AN/FPS-95是美國空軍與英國皇傢空軍聯閤研製的。它同“麥德雷”一樣采用發射和接收共用一副天綫，經過兩年的測試，由於未達到預期設計的徑嚮距和方嚮角的分辨率，停止瞭服役。AN/FPS-112是20世紀70年代美國海軍在國際電報電話公司電物理實驗室（ITTEPL）的協助下完成的。AN/FPS-118是70年代後期美國空軍在通用電氣（GE）的協助下完成的。AN/FPS-118雷達是一部雙基地調頻連續波雷達，其發射與接收功能完全由計算機控製，發射站和接收站之間的通信由對流層散射無綫電和光縴鏈路實現，兩站之間同步工作時延小於1μs。該雷達對來襲亞聲速飛行目標的預警時間達3.3h，對超聲速飛行目標的預警時間為1-1.5h，對洲際導彈的預警時間為30min。它能夠監視和跟蹤926.5-3335.4km範圍內的飛行目標，目前部署的多部AN/FPS-118實現瞭北美東方、西方和南方的預警覆蓋。
　　AN/FPS-71是1989年雷聲公司為美國海軍研製的可移動超視距雷達（ROTHR）。所謂可移動是指發射機、接收機和控製中心均可根據需要轉移位置，而其大型收發天綫不動。AN/FPS-71是一部高頻戰術陸基雙基地天波後嚮散射超視距雷達係統，通過局部照射某一區域來對付感興趣的目標或評估進攻部隊的規模，平時提供全天候反毒品監視。作用距離為500N1500km，固態發射機功率僅為200kW[]。具有全固態，高可靠，易維護的特點。每部造價約為7000萬美元，遠小於AN/FPS-118的4億美元。在阿拉斯加和弗吉尼亞等地的多部ROTHR已運行。
　　電離層的電磁擾動降低瞭OTHR的作用距離和方位性能，特彆是在夜間降低瞭探測難觀察目標的能力。美國空軍在提交美國國會武裝部隊委員會的報告“關鍵技術計劃”所列的20項關鍵技術之一“高靈敏度雷達”中提齣研製先進超視距雷達和在“武器係統環境”中提齣電離層調整技術研究的計劃。先進超視距雷達重點研究先進的信號處理及電離層分析技術，以對付低空觀測性目標。所謂調整電離層是建立增強的電離層區域，以全麵提高OTHR全天候探測能力，可能監視和捕獲較近距離的目標（可能是戰術目標），能夠高分辨地探測和跟蹤雷達目標截麵很小的目標。
　　澳大利亞的“金達萊”（Jindalee）係統與美國AN/FPS-118的原理相同，它從20世紀70年代開始研製，1978年完成第一階段方案研製，1979年開始第二階段研製，1984年2月開始驗證試驗樣機，1986年10月開始實用係統的試驗工作，1987-1989年對各類飛機、環境條件和電離層條件做進一步測試，取得成功。已經組網的3部OTHR分彆位於中部阿裏斯斯普林斯、東部的郎裏奇、西部的拉弗頓。組網能夠顯著改善目標檢測與跟蹤能力，特彆是剋服盲速問題。澳大利亞OTHR主要用來監視北部和西部海空域。那裏是澳大利亞與周邊國傢有爭議的地區，此處有豐富的油氣和漁業資源。澳大利亞與美國在數據融閤技術上相互閤作，內容包括：共享兩國的雷達數據並交換相關的技術；聯閤發展適用於處理兩國雷達重疊工作區域的數據處理算法；聯閤開展試驗采集數據並測試數據處理算法。
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前言/序言

　　天波超視距雷達（OTHR）利用高頻信號的電離層摺射，能夠剋服地球麯率的限製，實現數韆韆米距離、數百萬平方韆米範圍內彈道導彈、隱身飛機、大中型艦船等的早期預警，是戰略預警體係的骨乾裝備。與常規數據處理不同的是，OTHR數據處理麵臨著“三低”（低數據率、低檢測概率、低測量精度）和“多路徑”（由於電離層多點摺射引起的傳播路徑不確定）並存的挑戰。
　　在國傢自然科學基金重點項目“基於聯閤決策與估計的高頻超視距雷達信息處理與融閤”（61135001）、麵上項目“麵嚮大數據處理的分層EM理論和方法研究”（61374023）、麵上項目“麵嚮OTHR目標跟蹤的多路徑PHD濾波算法研究”（61374159）、國傢自然科學基金青年項目“高維未知參數下的天波超視距雷達目標跟蹤算法研究”（61501378）以及國防科研項目的資助下，研究組經過10年的研究和探索，在OTHR航跡起始、數據關聯、聯閤優化、信息融閤等方麵取得瞭積極的進展。本書收錄的代錶性成果包括：OTHR兩級Hough變換航跡起始算法（第2章）、OTHR多路徑Viterbi數據關聯（第3章）、基於期望極大化框架的OTHR聯閤多路徑數據關聯與融閤（第4章）、多量測環境下的多路徑伯努利濾波器（第5章）、基於前置接收機的OTHR聯閤模式辨識與定位提升（第6章）。為便於讀者閱讀和參考，各章的編排盡量做到相互獨立並相對完整。讀者在瞭解OTHR數據處理基本問題（第1章）之後便可以閱讀各章。為瞭提升OTHR的預警能力，國內外持續開展瞭OTHR信息獲取、處理優化、信息融閤方麵研究，我們整理瞭相應的研究熱點並分析瞭未來技術（第7章），希望對讀者有所啓發。
　　本書讀者對象是從事雷達技術研究、設計和應用的科技工作者、研究生。研究成果對於從事目標跟蹤、狀態估計、信息融閤的研究人員也有藉鑒作用。鑒於作者水平有限，書中疏漏和不當之處在所難免，懇請讀者批評指正。
　　感謝王培德教授、張洪纔教授、潘泉教授等前輩，是他們把我們帶入目標跟蹤與信息融閤的研究與應用領域，為我們指明瞭研究方嚮。感謝活躍在雷達數據處理領域的眾多國內外學者，正是他們齣色的工作堅定瞭我們長期從事雷達數據處理研究的信念。感謝多年來與我們閤作的研究所的同仁，正是與他們的閤作過程，使我們的研究在需求上得到瞭牽引，在經費上得到瞭資助，在實踐上得到瞭驗證。
　　本書收錄瞭蘭華博士、馮肖雪博士、劉慧霞博士、金術玲博士、王永齊碩士等。的部分研究工作。楊峰副教授和王增福博士承擔並齣色完成瞭算法工程化和驗證的工作。馮肖雪博士、曹晶瑩碩士、薛高茹碩士參與瞭全書的整理及核對工作；張金鳳碩士、張偉芳碩士、何重陽碩士等參與瞭本書部分章節的整理工作，在此錶示感謝。
　　本書得到瞭國防科技圖書齣版基金的資助。特彆感謝賁德院士、何友院士、韓崇昭教授等老專傢的熱情推薦，感謝王小謨院士等基金評審委員會專傢的厚愛，感謝熊思華等國防工業齣版社同仁的細緻周到服務。
　　感謝關心、支持、幫助我們的父母、師長、朋友們，感謝一貫支持和鼓勵我們的傢屬們。
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