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雷达信号处理技术是雷达系统的重要组成部分。它完成从雷达接收回波中检测目标、提取目标信息、形成目标航迹等信息处理过程。随着雷达功能的多样化和电磁环境的复杂化，雷达信号处理技术发展迅速，已成为提高雷达系统性能的关键技术。本书共分11章。第1章为概述。第2章到第6章讨论了雷达信号处理的基础知识，包括雷达信号形式和信号分析，雷达脉冲压缩，雷达杂波抑制，雷达信号检测等；第6章到第9章讨论了阵列信号处理，抗干扰信号处理，雷达信号处理系统技术；第10章和第11章分别讨论了雷达点迹数据形成与处理，以及雷达航迹处理综合处理技术。

目  录



第1章  概述	001
1.1  雷达信号处理的主要研究领域	002
1.1.1  信号检测和视频信号积累	002
1.1.2  相参信号的杂波抑制技术	002
1.1.3  雷达脉冲压缩技术	003
1.1.4  阵列信号处理理论及应用	003
1.1.5  雷达成像技术	004
1.1.6  雷达目标识别技术	004
1.1.7  雷达抗电子干扰技术	005
1.1.8  雷达信号处理系统技术	005
1.1.9  雷达目标点迹数据处理技术	005
1.1.10  雷达目标跟踪数据处理技术	006
1.2  雷达信号处理的发展趋势	007
1.2.1  数字化技术迅速推广	007
1.2.2  雷达信号处理技术正向多功能方向发展	007
1.2.3  雷达信号处理算法迅速发展	007
1.2.4  多学科领域技术的相互交叉和相互渗透	008
1.2.5  雷达数据处理技术发展迅速	008
1.3  本书章节内容安排	009
本章参考文献	009
第2章  雷达信号处理基础	011
2.1　信号和频谱	012
2.1.1　信号波形	012
2.1.2　信号频谱	013
2.1.3　随机信号与功率谱	015
2.2  数字信号处理基础[2,3]	017
2.2.1　A/D转换器和采样定理	017
2.2.2　离散傅里叶变换和快速傅里叶变换	019
2.2.3　数字滤波器	021
2.2.4　维纳滤波器	028
2.2.5　预测滤波器和最小二乘估计	029
2.3　相参信号处理	030
2.3.1　相参信号处理原理	030
2.3.2　正交相位检波器	032
2.3.3　正交相位检波器的误差校正	033
2.3.4　数字正交相位检波器	036
2.3.5　匹配滤波器	038
2.4　雷达信号的模糊函数	039
2.4.1　模糊函数的定义[13]	039
2.4.2　模糊函数的性质	041
2.5  本章小结	044
本章参考文献	044
第3章  雷达信号形式和信号分析	046
3.1　单频脉冲信号	047
3.1.1　非相参脉冲信号	047
3.1.2　相参脉冲串信号	050
3.1.3　参差变周期相参脉冲信号	054
3.2　频率调制脉冲信号	056
3.2.1　线性调频脉冲信号	056
3.2.2　非线性调频脉冲信号	060
3.2.3　步进频率脉冲信号	062
3.3　相位编码脉冲信号	065
3.3.1　二相码信号	065
3.3.2　多相码信号	073
3.4  雷达目标微多普勒特征	078
3.4.1  雷达目标微多普勒效应	078
3.4.2  雷达目标微多普勒频率估计	079
3.4.3  雷达目标微多普勒特征的应用	087
3.5  本章小结	089
本章参考文献	089
第4章  雷达脉冲压缩	092
4.1　脉冲压缩原理	093
4.2　脉冲压缩基本方法	094
4.2.1　时域脉冲压缩方法	094
4.2.2　频域脉冲压缩方法	095
4.2.3　脉冲压缩滤波器及脉冲压缩性能	096
4.3　降低副瓣的加权方法	099
4.4　相位编码信号脉冲压缩的副瓣抑制	104
4.5  超宽带信号的脉冲压缩	107
4.5.1  超宽带信号	107
4.5.2  超宽带信号的脉冲压缩方法	107
4.6  本章小结	110
本章参考文献	111
第5章  噪声背景下雷达目标检测	112
5.1　信号检测原理	113
5.1.1　噪声中的信号检测	113
5.1.2　白噪声条件下的最优检测	114
5.1.3　色噪声条件下的最优检测	115
5.1.4　恒虚警检测原理	117
5.2　恒虚警检测器	117
5.2.1　白噪声背景的恒虚警检测器	117
5.2.2　单元平均恒虚警检测器	119
5.2.3　有序恒虚警检测器	124
5.2.4　非高斯杂波中的恒虚警检测器	126
5.2.5　非参量恒虚警检测器	129
5.2.6　杂波图恒虚警检测器	131
5.2.7　二维恒虚警检测器	137
5.3　信号积累和检测	139
5.3.1　信号积累	140
5.3.2　二进制积累和双门限检测器	145
5.4　长时间相干积累和弱小目标检测	147
5.4.1　距离走动补偿	148
5.4.2　距离弯曲补偿	150
5.4.3　多普勒频率走动补偿	151
5.5　检测前跟踪（TBD）	152
5.6  本章小结	155
本章参考文献	155
第6章  雷达杂波抑制和目标检测	158
6.1　雷达杂波	159
6.1.1  地杂波	159
6.1.2　海杂波	162
6.1.3　气象杂波和箔条杂波	165
6.1.4　天线扫描引起的杂波功率谱展宽	166
6.2　雷达杂波抑制和改善因子	166
6.3　动目标显示（MTI）	168
6.3.1　杂波对消器	168
6.3.2　MTI滤波器	171
6.4　参差MTI滤波器	174
6.4.1  盲速	175
6.4.2  参差周期和参差MTI滤波器	176
6.4.3  参差码的优化设计	178
6.4.4  参差MTI滤波器系数的优化设计	179
6.5　动目标检测（MTD）	179
6.5.1  对消器级联FFT的结构	180
6.5.2  超低副瓣滤波器组结构	182
6.5.3  优化设计的多普勒滤波器组	185
6.6　脉冲多普勒（PD）处理	187
6.6.1　PD雷达地杂波频谱	187
6.6.2　PD信号处理	190
6.7　自适应运动杂波抑制	191
6.7.1　运动杂波谱中心补偿抑制法	191
6.7.2　权系数库和速度图法	192
6.7.3　自适应杂波滤波器	195
6.8  本章小结	197
本章参考文献	197
第7章  雷达阵列信号处理	198
7.1　相控阵雷达信号处理及波束形成	199
7.1.1  雷达阵列信号模型	201
7.1.2  波束形成基本概念	203
7.1.3  自适应波束形成	207
7.1.4  最优波束形成原理及算法	208
7.1.5  稳健数字波束形成[9-12]	215
7.2  阵列雷达高分辨测向方法	221
7.2.1  最大似然估计测向算法[13]	222
7.2.2  独立信源的高分辨测向算法	224
7.2.3  相参源高分辨处理技术	231
7.2.4  非理想情况下信源数目估计方法[21]	240
7.3  空时二维自适应信号处理	242
7.3.1  机载雷达杂波空时谱	242
7.3.2  STAP基本原理	246
7.3.3  降维STAP处理方法	253
7.3.4  非均匀杂波环境下STAP处理方法	261
7.3.5  STAP应用研究	267
7.4  波形分集阵雷达信号处理	270
7.4.1  MIMO雷达信号模型	273
7.4.2  MIMO雷达正交波形设计方法	274
7.4.3  频率分集阵新体制雷达模型及方向图[72]	278
7.4.4  频率分集阵雷达应用	286
7.5  本章小结	290
本章参考文献	291
第8章  雷达抗干扰信号处理	297
8.1　雷达干扰	298
8.1.1　雷达干扰分类	298
8.1.2　有源干扰	299
8.2　雷达抗有源干扰	302
8.2.1　自适应频率捷变	302
8.2.2　自适应空域滤波	303
8.2.3  自适应天线副瓣相消	305
8.2.4　稳健的空域抗干扰技术	310
8.3　雷达抗欺骗干扰	312
8.3.1　雷达欺骗干扰	312
8.3.2  多维联合抗有源欺骗干扰	314
8.3.3  自适应副瓣匿影	314
8.3.4  发射波形设计抗有源欺骗干扰	316
8.4　雷达低截获设计	321
8.5  雷达抗干扰性能评估	325
8.5.1　抗干扰改善因子	325
8.5.2　雷达抗干扰能力	325
8.5.3　抗欺骗干扰概率	326
8.6  雷达通信兼容技术	326
8.6.1  Chirp信号相位调制通信一体化波形	326
8.6.2  Chirp信号上下调频混合一体化波形	328
8.6.3  频率正交相位调制通信一体化波形	330
8.7  本章小结	332
本章参考文献	332
第9章  雷达信号处理系统技术	334
9.1　雷达信号处理系统仿真设计方法	335
9.1.1　雷达信号处理系统的功能和结构	336
9.1.2　雷达信号处理系统仿真环境	338
9.1.3　雷达信号处理系统仿真模型库	341
9.1.4　雷达信号处理系统仿真设计	343
9.2  多处理器并行信号处理系统设计	350
9.2.1  雷达信号处理系统	351
9.2.2  并行信号处理系统的性能	352
9.2.3  并行信号处理系统的设计	354
9.3  软件化雷达信号处理技术	367
9.3.1  软件化雷达信号处理	367
9.3.2  雷达信号处理仿真和实现的一体化	373
9.3.3  雷达信号处理和数据处理的一体化	376
9.3.4  雷达系统的软件化	378
9.4  本章小结	382
本章参考文献	383
第10章  雷达目标点迹数据形成与处理	385
10.1  概述	386
10.1.1  两种常见的雷达扫描方式	386
10.1.2  点迹与点迹处理	388
10.2  目标原始点迹数据的形成	391
10.2.1  雷达对目标的测量	391
10.2.2  点迹数据格式	396
10.2.3  计算机对点迹数据的录入	398
10.2.4  点迹数据分析	400
10.3  常规监视雷达点迹处理	403
10.3.1  目标原始点迹数据的分辨与归并	403
10.3.2  目标点迹凝聚处理	408
10.4  雷达组网系统中点迹数据处理	409
10.4.1  时间统一	410
10.4.2  空间统一	412
10.4.3  系统处理周期	413
10.4.4  多雷达点迹数据处理与点迹-航迹关联处理	415
10.5  运动平台雷达的目标点迹数据处理	417
10.5.1  主要的坐标系及定义	417
10.5.2  坐标系之间的关系	420
10.5.3  扫描空域稳定措施	421
10.5.4  机载相控阵雷达的目标点迹处理	422
10.6  SAR目标的回波特性分析及数据处理	423
10.6.1  地面固定点目标的回波特性分析	424
10.6.2  运动目标的回波特性分析	426
10.6.3  GMTI扫描方式下多普勒参数的计算与分析	427
10.6.4  平台位置及姿态对系统的影响	428
10.6.5  运动目标的数据处理	428
10.7  双基地雷达的点迹数据处理	429
10.7.1  T/R站和R站的点迹时间和空间对齐	430
10.7.2  收站的点迹凝聚	430
10.7.3  收/发站的点迹融合	431
10.7.4  收/发站的目标定位	431
10.8  测量误差的分析	432
10.8.1  测距精度	432
10.8.2  测高精度	433
10.8.3  方位误差	433
10.9  本章小结	434
本章参考文献	435
第11章  雷达目标的航迹综合处理	436
11.1  概述	437
11.1.1  航迹与航迹处理	437
11.1.2  系统模型	439
11.1.3  测量与跟踪坐标系	441
11.1.4  滤波与预测	443
11.1.5  时间和空间一致性要求	445
11.2  雷达目标航迹处理框架	446
11.2.1  雷达目标航迹处理主要功能	447
11.2.2  雷达目标航迹处理软件架构	449
11.2.3  雷达目标航迹处理并行架构	449
11.2.4  阵地和环境适应性考虑	450
11.3  不同精度数据的最佳拟合	451
11.4  雷达数据处理系统常用的估计方法	452
11.4.1  多维向量的估计与估计误差	452
11.4.2  最小平方估计	453
11.4.3  最小均方误差估计	453
11.4.4  线性均方估计	454
11.4.5  非线性估计	455
11.4.6  系统与目标模型	456
11.5  运动目标的数学模型	457
11.5.1  常速度模型	458
11.5.2  常加速度模型	458
11.5.3  目标运动的相关噪声模型——Singer模型	459
11.5.4  常速转弯模型	461
11.5.5  弹道目标动力学模型	461
11.5.6  交互多模型	465
11.6  常用跟踪滤波器	467
11.6.1  最小二乘滤波器	467
11.6.2  卡尔曼滤波器	468
11.6.3  ?-?滤波器	472
11.6.4  扩展卡尔曼滤波器	474
11.6.5  无损卡尔曼滤波器	474
11.6.6  机动目标的自适应跟踪方法	475
11.7  目标跟踪的起始、点迹-航迹相关处理与波门控制	477
11.7.1  目标跟踪的起始	477
11.7.2  点迹-航迹相关处理	479
11.7.3  波门控制	480
11.7.4  弹道/空间目标快速起始	483
11.8  复杂环境下的目标跟踪	483
11.8.1  剩余杂波较多环境下的目标跟踪	484
11.8.2  多目标环境中的跟踪	487
11.8.3  群目标跟踪	490
11.8.4  机载GMTI雷达对地面目标跟踪	493
11.8.5  机载雷达对海面目标跟踪	496
11.9  精细化航迹处理	498
11.9.1  卫星标校	499
11.9.2  电波传播修正	500
11.9.3  系统误差修正	502
11.9.4  航迹质量评估的几个维度	503
11.10  基于深度学习的目标识别技术	503
11.10.1  卷积神经网络的应用	503
11.10.2  目标综合特征分类识别	506
11.10.3  综合识别处理流程	511
11.11  综合航迹的人工智能处理技术	512
11.11.1  随机化多假设数据关联方法	512
11.11.2  随机参数矩阵多模型最优滤波方法	514
11.11.3  基于知识的数据处理技术	516
11.12  工程应用简介	519
11.12.1  工程设计主要内容	519
11.12.2  应用举例	524
11.13  本章小结	531
本章参考文献	532

前  言



雷达信号处理技术是雷达从接收回波中剔除干扰信号，提取目标信息的有力手段。良好的信号设计和脉冲压缩方法等有利于抗干扰和提高测量精度；合适的杂波抑制和正确的恒虚警检测技术可以很好地提高雷达对目标的检测性能；雷达成像功能使雷达在微波遥感和目标识别领域大放异彩；快速发展的阵列信号技术促进了空时处理和波形分集阵雷达的发展；雷达信号处理系统技术的进步也推动着雷达系统软件化进程的进步；优化的雷达数据处理技术加速了雷达获取信息的有效利用。
本书主要针对电子工程、信号与信息处理、电路与系统等专业的本科生和研究生，以及大学毕业后从事雷达技术研究和生产的技术人员，重点介绍了现代雷达信号处理技术的一些基本内容，并增加了近十多年雷达信号处理技术的新进展。
本书是“雷达技术丛书”的分册之一，是在《雷达信号处理和数据处理技术》的基础上进行修订后的再版。全书共11章：第1章概述了雷达信号处理技术的研究领域和发展趋势；第2章介绍雷达信号处理的一些基础理论，包括信号和频谱、数字信号处理和相参信号处理；第3章介绍各种雷达信号形式和信号分析，增加了雷达目标的微多普勒特征；第4章介绍雷达脉冲压缩原理、方法和性能，增加了超宽带信号的脉冲压缩；第5章讨论了噪声背景下雷达目标检测，包括恒虚警检测器、信号积累和检测、长时间相干积累和弱小目标检测、检测前跟踪；第6章介绍雷达杂波抑制和目标检测，包括动目标显示、动目标检测、脉冲多普勒处理和自适应运动杂波抑制；第7章介绍雷达阵列信号处理，包括相控阵雷达信号处理及波束形成、阵列雷达高分辨测向方法、空时二维自适应信号处理和波形分集阵雷达信号处理；第8章讨论雷达抗干扰信号处理，包括雷达抗有源干扰、抗欺骗干扰、雷达低截获设计和雷达抗干扰性能评估，增加了雷达通信兼容技术；第9章介绍雷达信号处理系统技术，包括雷达信号处理系统仿真设计方法、多处理器并行信号处理系统设计、软件化雷达信号处理技术；第10章介绍雷达目标点迹数据形成与处理，包括常规监视雷达点迹处理、雷达组网系统中点迹数据处理、运动平台的雷达目标点迹数据处理和双基地雷达点迹数据处理；第11章介绍雷达目标的航迹综合处理，包括运动目标的数学模型、跟踪滤波器、复杂环境下的目标跟踪、精细化航迹处理和综合航迹的人工智能处理技术等。
本书的修订工作由吴顺君和梅晓春主持，第7章由兰岚修订，第9章由苏涛修订，第10章和第11章由梅晓春修订。戴奉周参与了第3章和第4章的修订，陶海红和苏洪涛参与了第5章和第8章的修订。方青、靳俊峰、刘军伟、蔡红军、李正、夏勇和王贝贝参与了第11章的修订。曲成华参与了第10章和第11章的校对和图文编辑工作。吴顺君修订了第1章、第2章和第6章，并对全书进行了统稿和修订。
非常感谢王小谟院士、张光义院士等在本书修订过程中的指导和帮助，以及电子工业出版社学术出版分社社长董亚峰、“雷达技术丛书”特邀首席策划刘宪兰为本书的修订出版工作提供的大力支持。同时，也借此机会感谢西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室和中国电子科技集团公司第38研究所有关领导和同志的关心和支持。
由于雷达信号处理技术的迅速发展，新技术不断涌现，不少新的技术内容还未能在本书中反映，敬请读者谅解。鉴于作者的学术水平有限，书中可能存在疏漏和不足之处，热忱欢迎广大读者批评指正。

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