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。

吴顺君，博士生导师，IEEE高级会员，1942年生于上海市。1964年毕业于西安军事电信工程学院（西安电子科技大学）雷达工程系，后留校任教。1981年～1983年在美国夏威夷大学做访问学者。曾任雷达信号处理国家重点实验室主任，电子工程研究所所长。现为西安电子科技大学信号与信息处理学科带头人；中国电子学会会士,中国电子学会雷达分会副主任，中国电子学会遥感、遥测、遥控分会常委；IEEE 宇航与电子系统学会(AESS) 理事会理事，IEEE宇航与电子系统学会北京分部主席。曾任陕西省国际文化经济交流中心第一届和第二届理事会理事。他是2001年和2006年两届中国国际雷达会议程序委员会主席，及2007年和2009年两届亚太合成孔径雷达会议程序委员会主席。他于1992年批准为国家中青年有突出贡献专家，1995年被评为陕西省优秀教师和陕西省有突出贡献的留学回国人员。他长期从事信号与信息处理领域的教学和科研工作，在雷达信号处理领域主持和完成了一批重大的科研项目。科研成果曾获国家科技进步二等奖1项，省部级科技进步一等奖3项，二等奖4项，三等奖3项，获中国国家专利授权1项；主要学术著作有《近代谱估计方法》，《雷达信号处理和数据处理技术》，合著有《高性能数字信号处理器与高速实时信号处理》，《CPLD技术及其应用》等，在国内外学术刊物和国际会议上发表学术论文50多篇。

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