雷达目标检测互补波形设计理论与方法

本书系统阐述了互补波形这种理论上无旁瓣且具有高设计自由度的雷达波形在设计理论与方法中的最新研究成果。全书共6章,主要内容包括互补波形基本知识、互补波形传统设计方法、雷达目标检测互补波形联合设计方法、互补波形在雷达目标检测中的应用以及互补波形设计在后续研究中的若干开放性问题。

本书概括了互补波形的基本特性及其在雷达目标检测问题中的多种设计方法和应用场景,兼具理论前沿性和学术先进性。本书将雷达波形设计方法与雷达目标检测方法进行有机结合,建立并形成了雷达目标检测互补波形设计理论与方法体系,所用方法原理简单且行之有效,从波形设计的层面为雷达旁瓣抑制与目标分辨等目标检测过程中的具体问题提供新的思路和研究方向。

本书可作为高等院校信息与通信工程、电子科学与技术、海洋科学等专业本科生、研究生的参考书,同时对信息、电子领域,尤其是从事波形设计与目标检测技术研究的工程研发

与技术研究人员具有较大参考价值。

朱家华，国防科技大学副研究员、硕导。获国防科技大学信息与通信工程博士学位。国家公派澳大利亚皇家墨尔本理工大学与墨尔本大学联合培养。发表SCI检索论文15篇，EI检索论文17篇，授权国家发明专利5项；获评2019年度全军优秀博士学位论文；主持国家自然科学基金青年项目、湖南省自然科学基金青年项目多项。

黄晓涛，国防科技大学教授、博导。湖南省优秀博士学位论文获得者。入选教育部新世纪优秀人才，湖南省优秀研究生导师，中国电子学会高级会员。发表学术论文150余篇，获授权专利10项，出版专著1部，教材3部。获得国家科技进步二等奖1项、军队科技进步一等奖2项，中国电子学会自然科学二等奖1项、湖南省教学成果二等奖1项。

范崇祎，国防科技大学副教授。长期从事阵列信号处理、新体制雷达系统与技术。获省部级教学成果一等奖1项，编著专著/教材2部，指导研究生获全国性竞赛一等奖3项，主持多项武器装备预研基金项目、1项重点项目，获军队科技进步一等奖1项。

朱敏，国防科技大学研究员、硕导。主持国家安全重大基础研究项目、国家重点基础研究发展计划等19项。发表论文20余篇，其中SCI收录3篇，EI收录5篇。获得国家级、部委级二等奖5项。申请发明专利3项。获得软件著作权3项。

周智敏，国防科技大学教授、博士生导师。国防科技大学新体制雷达技术团队带头人，全国优秀科技工作者，全国百篇优秀博士学位论文导师，中国电子学会会士，中国电子学会雷达分会委员、空间电子学分会委员，原总装备部专家组成员，《现代雷达》理事会副理事长。获国家科技进步二等奖和军队科技进步一、二等奖多项，获军队杰出专业技术人才奖、军队院校育才奖金奖。发表学术论文近百篇，其中50余篇论文被SCI、EI检索。出版专著1部、译著2部。

第1章绪论

1．1互补波形的起源

1．2互补波形设计方法国内外研究现状

1．3互补波形设计的难点与挑战

1．4本书主要内容安排

参考文献

第2章互补波形基础知识

2．1引言

2．2格雷互补波形

2．2．1格雷互补波形性质与典型生成方法

2．2．2格雷互补波形发射与接收流程

2．3互补波形组

2．3．1互补波形组性质与典型生成方法

2．3．2互补波形组发射与接收流程

2．4本章小结

参考文献

第3章互补波形传统设计方法

3．1引言

3．2格雷互补波形传统设计方法

3．2．1格雷互补波形标准设计方法

3．2．2格雷互补波形发射端设计方法

3．2．3格雷互补波形接收端设计方法

3．3互补波形组传统设计方法

3．3．1互补波形组标准设计方法

3．3．2互补波形组发射端设计方法

3．3．3互补波形组接收端设计方法

3．4本章小结

参考文献

第4章雷达目标检测互补波形联合设计方法

4．1引言

4．2格雷互补波形目标检测联合设计方法

4．2．1方法1： 基于Walsh矩阵的信号处理方法

4．2．2方法2： 基于目标多普勒的信号处理方法

4．2．3方法3： 加权平均多普勒方法

4．2．4逐点最小值处理

4．2．5联合设计方法性能分析

4．2．6仿真结果与分析

4．3互补波形组目标检测联合设计方法

4．3．1中部旁瓣消隐设计方法

4．3．2两侧旁瓣消隐设计方法

4．3．3逐点相加处理

4．3．4联合设计方法主要性能参数分析

4．3．5互补波形组生成方法对联合设计方法性能的

影响

4．3．6仿真结果与分析

4．4本章小结

参考文献

第5章互补波形在雷达目标检测中的应用

5．1引言

5．2海杂波情况下格雷互补波形的目标检测

5．2．1海杂波幅度统计特性简要介绍

5．2．2格雷互补波形与LFM波形的时延主瓣宽度

比较

5．2．3格雷互补波形目标检测简化联合设计

方法

5．2．4目标虚警概率与检测概率分析

5．2．5仿真结果与分析

5．3分布式多基地雷达中的互补波形组目标检测

5．3．1基于互补波形组的分布式多基地雷达系统

模型

5．3．2信号载频与初始相位对旁瓣抑制性能的

影响

5．3．3仿真结果与分析

5．3．4关于运动目标情况下的问题讨论

5．4本章小结

参考文献

第6章若干开放性问题

参考文献

附录逐点最小值处理与逐点相加处理旁瓣抑制性能比较

在雷达目标检测问题中，如何有效检测和分辨场景中的目标是打赢现代化、信息化战争的关键技术之一。其中，若能从雷达波形设计的层面设计具有类似于冲激函数的自相关函数，就能够从信号本身入手，思路简单而又行之有效地提升目标检测与分辨性能。互补波形作为一种理论上完全无旁瓣且具有高设计自由度的雷达波形，为实现自相关函数的冲激性提供了原理上的可能。目前，国内外关于互补波形设计的研究层出不穷，涉及互补波形序列形式设计、发射顺序设计、接收端权重设计等一系列研究方向，在多目标检测、分布式多基地目标检测和高速目标检测等领域逐渐展现出独特的优势。

本书内容源于作者所在团队的研究成果，旨在探索互补波形设计方法在雷达目标检测问题中的各种应用，重点对互补波形基本概念与传统设计方法、雷达目标检测问题中的互补波形联合设计方法、互补波形在雷达目标检测中的应用等科学问题进行了深入讨论，为互补波形设计技术的发展提供了理论基础与应用示例参考。

在撰写本书过程中，作者得到了雷达波形设计、目标检测与高性能计算等领域专家的无私指导和鼎力支持，在此向他们表示衷心感谢。衷心感谢澳大利亚科学院院士、墨尔本大学William Moran（威廉·莫兰）教授和皇家墨尔本理工大学Xuezhi Wang（王学智）高级研究员在作者留学期间和回国后研究互补波形设计方法时提供的理论指导和建议。特别鸣谢空军预警学院王永良院士在百忙之中阅读了全书并为本书作序。感谢国防科技大学廖湘科院士、王雪松教授、万建伟教授、李东升研究员、付强教授、匡纲要教授、许可副教授、宋勇平助理研究员、姜南博士、谢壮博士，电子科技大学何子述教授，湖南大学黎福海教授，中南大学李宏教授，海军潜艇学院笪良龙教授，哈尔滨工程大学朴胜春教授等给予的宝贵意见与帮助。感谢清华大学出版社文怡副编审在本书出版过程中所做的大量细致工作。此外，本书得到了国家自然科学基金项目（No. 62101573）、湖南省自然科学基金项目（No. 2020JJ5677）以及国防科技大学科研计划项目（No. ZK2035）资助。

本书研究的互补波形以雷达发射信号的角度为切入点，对雷达目标检测问题进行了若干种新设计方法的尝试，这为战场环境中目标的有效检测与分辨提供了一个新的探索方向。然而，互补波形的优越性质能否有效发挥较大地依赖于所选设计方法的稳健性，并且由于目前研制能够达到发射该波形要求的雷达系统尚存在一定难度，因此互补波形设计理论与方法走向实际应用的过程仍需要不断思考和研究。

鉴于作者水平有限，本书中难免存在错误与不足之处，恳请广大读者批评指正。

朱家华

2023年11月于长沙·国防科技大学