本书共14章，第1章介绍了本书的写作目的和背景；第2章探讨了临近空间高超声速目标相参积累；第3章介绍了基于多普勒反馈的临近空间高超声速目标相参积累；第4章讨论了临近空间高超声速目标非相参积累；第5章介绍了基于随机Hough变换的临近空间高超声速目标非相参积累；第6章讲述了基于自适应递推Hough变换的临近空间高超声速目标非相参积累；第7章介绍了临近空间高超声速滑跃式轨迹目标的正弦跟踪模型；第8章讨论了基于目标特性分析的临近空间高超声速目标强跟踪；第9章介绍了临近空间高超声速滑跃式轨迹目标的三维投影跟踪；第10章探讨了临近空间高超声速滑跃式轨迹目标的多模型跟踪；第11章探讨了基于三重贝叶斯准则的临近空间高超声速目标跟踪；第12章讨论了距离模糊下的临近空间高超声速目标跟踪；第13章探讨了高动态偏差存在下的临近空间高超声速目标跟踪；第14章介绍了高动态偏差存在下的临近空间高超声速目标组网跟踪。

近年来，随着X-47B、X-51A等临近空间高超声速飞行器的相继出现，高超声速武器的预警防御已成为当前亟待解决的一个关键问题。与传统的气动目标和卫星轨道目标不同，临近空间飞行器具有独特的高超声速滑跃式轨迹运动形式，可在一小时内快速精确打击全球任何一个目标，而现有的预警防御系统却无法有效跟踪拦截这一临近空间目标。 雷达作为全天时、全天候、远距离探测的传感器，是现代预警探测系统中最重要的信息获取工具，也将是未来探测跟踪临近空间高超声速飞行器的最重要手段。本书以雷达探测跟踪临近空间高超声速飞行器为主线，按照雷达信号和数据处理的流程，重点研究了雷达对临近空间高超声速目标的相参积累、非相参积累和跟踪技术。本书是作者在多年来对雷达目标探测跟踪研究的基础上总结而成的，较全面、系统地向读者介绍了高超声速飞行器探测跟踪新机制和关键技术，以期为国内同行提供参考。 全书章节设计分为如下14章。 第1章绪论。本章从雷达探测跟踪临近空间高超声速飞行器的必要性入手，介绍了临近空间高超声速飞行器的定义和特点，临近空间高超声速飞行器对雷达探测跟踪形成新挑战，临近空间高超声速飞行器探测跟踪技术，以及临近空间高超声速飞行器的发展历程。 第2章临近空间高超声速目标相参积累。本章介绍了目标高超声速运动对相参积累的影响，分析了跨距离门和跨速度门下的相参积累技术，进一步说明了相参积累对临近空间高超声速目标探测的重要性。 第3章基于多普勒反馈的临近空间高超声速目标相参积累。本章研究了利用数据处理对信号处理进行自适应条件的相参积累技术，并以多普勒速度为例，重点分析了数据处理对信号处理的改善效能，进一步说明了反馈调节系统是提升雷达相参积累性能的必要保障。 第4章临近空间高超声速目标非相参积累。本章研究了基于RT-Hough变换的相参积累算法，并分析了RT-Hough变换相对于传统Hough变换的优越性，进一步说明了非相参积累对临近空间高超声速目标探测的重要性。 第5章基于随机Hough变换的临近空间高超声速目标非相参积累。本章研究了随机Hough变换相对于传统Hough变换的优越性，分析了随机采样对现有非相参积累算法的改善效能。 第6章基于自适应递推Hough变换的临近空间高超声速目标非相参积累。本章研究了实时递推机制对传统Hough变换的改善，并在此基础上介绍了一种检测效率更高、运算速率更快的新型非相参积累算法。 第7章临近空间高超声速滑跃式轨迹目标的正弦跟踪模型。本章介绍了一种新的与目标滑跃式轨迹相匹配的目标跟踪模型，并分析了该模型相对于现有机动目标跟踪模型的优越性，进一步说明了目标运动模型的合理构建是提高临近空间高超声速目标跟踪精度的首要条件。 第8章基于目标特性分析的临近空间高超声速目标强跟踪。本章研究了基于目标特性分析的强跟踪滤波算法，进一步说明了目标特性分析是提升临近空间高超声速目标跟踪精度的必要条件。 第9章临近空间高超声速滑跃式轨迹目标的三维投影跟踪。本章研究了在经纬方向和高度方向上解耦跟踪的优越性，并在此基础上介绍了一种新的三维投影跟踪方法。 第10章临近空间高超声速滑跃式轨迹目标的多模型跟踪。本章研究了多模型跟踪方法相对于单模型跟踪的优势，并介绍了一种基于可能性大小在线调整的多模型跟踪算法，进一步说明了多模型跟踪是提升临近空间高超声速目标跟踪效能的重要保障。 第11章基于三重贝叶斯准则的临近空间高超声速目标跟踪。从多模型跟踪的原理出发，本章研究了贝叶斯准则对多模型跟踪方法的影响，并在此基础上介绍了一种与目标真实轨迹契合度更高的目标跟踪新方法。 第12章距离模糊下的临近空间高超声速目标跟踪。本章研究了距离模糊对临近空间高超声速目标跟踪的影响，并在此基础上介绍了一种基于多重频多假设处理的目标跟踪新方法，进一步说明了解距离模糊是实现临近空间高超声速目标跟踪的必要条件。 第13章高动态偏差存在下的临近空间高超声速目标跟踪。本章研究了距离-速度耦合对目标跟踪的影响，并在此基础上介绍了一种高动态偏差在线补偿的目标跟踪新方法，进一步说明了高动态补偿是实现临近空间高超声速目标跟踪的前提条件。 第14章高动态偏差存在下的临近空间高超声速目标组网跟踪。本章研究了距离-速度耦合对多雷达组网跟踪的影响，并介绍了一种在目标跟踪的同时还可以消除高动态偏差的目标跟踪新方法。 本书由海军航空大学张翔宇、李林、禄晓飞、王国宏著。临近空间高超声速飞行器探测跟踪技术是随着武器系统和设备、信号处理技术等的发展而不断发展的，这意味着，本书不可能对这些发展做出统览无余的介绍。为此，每章都通过典型案例展开，通过对每个典型案例的归纳和总结，指出一些重要的新发展，供读者进一步研究与参考。同时，由于著者水平有限，书中难免还存在一些缺点和错误，殷切希望广大读者批评指正。 作 者 2021年10月15日于海军航空大学

第1章 绪论 1 1.1 临近空间高超声速飞行器 1 1.1.1 临近空间高超声速飞行器的定义 1 1.1.2 临近空间高超声速飞行器的特点 3 1.2 临近空间高超声速飞行器对雷达探测跟踪形成新挑战 4 1.2.1 显著缩短了雷达系统的预警时间 4 1.2.2 显著降低了雷达发现目标的能力 5 1.2.3 显著增加了雷达的定位跟踪误差 7 1.3 临近空间高超声速飞行器探测跟踪技术 7 1.3.1 高超声速目标的相参积累检测 7 1.3.2 高超声速目标的非相参积累检测 10 1.3.3 高超声速目标跟踪 13 1.4 临近空间高超声速飞行器的发展历程 17 1.4.1 临近空间高超声速飞行器的研究现状 17 1.4.2 反临近空间高超声速飞行器的研究现状 21 参考文献 23 第2章 临近空间高超声速目标相参积累 24 2.1 高超声速目标信号模型 25 2.2 目标高超声速运动对相参积累的影响 26 2.2.1 跨距离门问题 26 2.2.2 多普勒扩展问题 27 2.3 基于多尺度搜索补偿的相参积累方法 28 2.3.1 距离走动补偿 28 2.3.2 多普勒扩展补偿 29 2.3.3 多尺度处理和计算量分析 30 2.3.4 算法实现 31 2.4 仿真验证与分析 32 2.4.1 仿真参数设置 32 2.4.2 算法有效性验证 32 2.4.3 不同信噪比条件下的仿真验证 37 2.4.4 不同脉冲积累数条件下的仿真验证 38 2.5 小结 39 参考文献 39 第3章 基于多普勒反馈的临近空间高超声速目标相参积累 41 3.1 高超声速目标模型 42 3.1.1 目标信号模型 42 3.1.2 目标运动模型 43 3.2 基于多普勒信息反馈调节的相参积累 43 3.2.1 多维搜索补偿的相参积累处理 44 3.2.2 多普勒估计值的获取与反馈调节 45 3.2.3 算法实现 49 3.3 仿真验证与分析 49 3.3.1 仿真参数设置 49 3.3.2 算法有效性验证 50 3.3.3 不同信噪比条件下的仿真验证 51 3.3.4 不同脉冲积累数条件下的仿真验证 53 3.3.5 不同反馈调节帧数条件下的仿真验证 54 3.4 小结 54 参考文献 54 第4章 临近空间高超声速目标非相参积累 56 4.1 Hough变换的基本原理 57 4.2 基于RT-Hough变换的目标非相参积累 58 4.2.1 RT-Hough变换的选取 58 4.2.2 高超声速目标系统模型 59 4.2.3 RT-Hough变换 60 4.2.4 候选航迹的多条件约束 62 4.3 仿真验证与分析 63 4.3.1 仿真参数设置 63 4.3.2 算法有效性验证 64 4.3.3 不同信噪比下的性能分析 67 4.3.4 不同杂波密度下的性能分析 68 4.3.5 算法对比 69 4.4 小结 69 参考文献 70 第5章 基于随机Hough变换的临近空间高超声速目标非相参积累 71 5.1 随机Hough变换基本原理 72 5.2 改进的随机Hough变换算法 74 5.2.1 现有随机Hough变换的不足 74 5.2.2 参数空间允许误差的选取标准 75 5.2.3 算法实现 76 5.3 仿真验证与分析 78 5.3.1 仿真参数设置 78 5.3.2 算法有效性验证 79 5.3.3 算法性能分析 80 5.3.4 与标准Hough变换的比较 82 5.4 小结 83 参考文献 84 第6章 基于自适应递推Hough变换的临近空间高超声速目标 非相参积累 85 6.1 目标模型 86 6.1.1 目标状态模型 86 6.1.2 目标量测模型 86 6.2 基于自适应递推Hough变换的非相参积累算法 87 6.2.1 初始时刻的Hough变换处理 88 6.2.2 自适应递推Hough变换 90 6.2.3 航迹合并 92 6.3 算法实现 92 6.4 仿真验证与分析 94 6.4.1 仿真参数设置 94 6.4.2 算法有效性验证 96 6.4.3 不同SNR下的性能分析 97 6.4.4 不同杂波密度下的性能分析 98 6.5 小结 100 参考文献 101 第7章 临近空间高超声速滑跃式轨迹目标的正弦跟踪模型 102 7.1 临近空间高超声速滑跃式轨迹目标的跟踪模型 103 7.1.1 目标轨迹特性分析 103 7.1.2 Sine模型的建立 104 7.1.3 量测模型的建立 107 7.1.4 滤波器的初始化 108 7.2 特殊角速率取值下的Sine模型 110 7.3 仿真验证与分析 111 7.3.1 临近空间高超声速目标的滑跃式轨迹设计 111 7.3.2 临近空间高超声速滑跃式轨迹目标跟踪实验 115 7.4 小结 123 参考文献 123 第8章 基于目标特性分析的临近空间高超声速目标强跟踪 125 8.1 临近空间高超声速目标的滑跃式轨迹分析 126 8.1.1 临近空间目标动力学方程 126 8.1.2 临近空间目标的高超声速滑跃式运动轨迹 127 8.1.3 临近空间高超声速滑跃式轨迹性能分析 128 8.2 临近空间高超声速滑跃式轨迹目标跟踪 128 8.2.1 临近空间目标量测方程 129 8.2.2 临近空间目标跟踪模型 129 8.3 仿真验证与分析 137 8.3.1 仿真参数设置 137 8.3.2 基于目标特性分析的强跟踪滤波算法的有效性分析 138 8.3.3 基于目标特性分析的强跟踪滤波算法的可靠性分析 140 8.4 小结 141 参考文献 142 第9章 临近空间高超声速滑跃式轨迹目标的三维投影跟踪 143 9.1 临近空间高超声速目标的滑跃式运动轨迹分析 144 9.2 临近空间高超声速目标的三维投影跟踪模型 145 9.2.1 地理坐标系下的三维投影变换 145 9.2.2 经纬方向上的线性高超声速目标跟踪 147 9.2.3 高度方向上的高机动频率目标跟踪 149 9.2.4 不同跟踪段中的目标状态相关联 151 9.3 仿真验证与分析 152 9.3.1 仿真参数设置 152 9.3.2 三维投影跟踪方法的可行性与优越性分析 152 9.3.3 点迹归并和凝聚处理的必要性分析 154 9.3.4 加速度突变检测和补偿的优越性分析 155 9.4 小结 156 参考文献 156 第10章 临近空间高超声速滑跃式轨迹目标的多模型跟踪 158 10.1 多模型算法的选择与模型集的设计 159 10.1.1 多模型算法分析 159 10.1.2 多模型算法的比较与选择 159 10.1.3 多模型算法模型集的设计 160 10.2 临近空间高超声速目标的IMM跟踪 161 10.2.1 IMM跟踪 161 10.2.2 仿真验证与分析 163 10.3 基于模型转移概率矩阵在线调整的IMM算法 169 10.3.1 模型转移概率分析 169 10.3.2 基于准贝叶斯估计的模型转移概率在线调整方法 169 10.3.3 基于可能性大小的模型转移概率在线调整方法 170 10.3.4 基准轨迹下3种算法的性能比较 171 10.3.5 滑跃式机动轨迹下4种算法的性能比较 177 10.4 小结 185 参考文献 186 第11章 基于三重贝叶斯准则的临近空间高超声速目标跟踪 188 11.1 基于三重贝叶斯准则的高超声速目标跟踪模型 189 11.1.1 匹配跟踪通道设计 190 11.1.2 闭合回路设计 190 11.1.3 第一重贝叶斯准则设计 192 11.1.4 第二重贝叶斯准则设计 195 11.1.5 第三重贝叶斯准则设计 196 11.1.6 模型似然构建 202 11.2 仿真验证与分析 203 11.2.1 仿真参数设置 203 11.2.2 基于三重贝叶斯准则的高超声速目标跟踪算法的 有效性分析 204 11.2.3 基于三重贝叶斯准则的高超声速目标跟踪算法的 鲁棒性分析 205 11.3 小结 206 参考文献 207 第12章 距离模糊下的临近空间高超声速目标跟踪 208 12.1 仅距离模糊时的临近空间高超声速目标跟踪 209 12.1.1 距离模糊下的目标量测 209 12.1.2 距离模糊下的目标检测跟踪 211 12.2 仅速度模糊时的临近空间高超声速目标跟踪 215 12.3 距离与速度均模糊下的临近空间高超声速目标跟踪 216 12.4 仿真验证与分析 218 12.4.1 仿真参数设置 218 12.4.2 仿真分析 218 12.5 小结 225 参考文献 226 第13章 高动态偏差存在下的临近空间高超声速目标跟踪 227 13.1 目标高超声速运动对雷达量测的影响 228 13.2 高动态偏差存在下的临近空间目标跟踪模型 230 13.2.1 有偏量测方程构建 231 13.2.2 基于观测差分法的单雷达量测方程构建 233 13.2.3 解模糊处理后的联合状态估计 236 13.2.4 目标跟踪 238 13.3 仿真验证与分析 238 13.3.1 仿真参数设置 238 13.3.2 高动态偏差对雷达探测跟踪的影响分析 239 13.3.3 观测差分对高超声速目标跟踪的必要性分析 241 13.3.4 径向速度估计对高超声速目标跟踪的必要性分析 242 13.3.5 速度解模糊对高超声速目标跟踪的有效性分析 243 13.4 小结 244 参考文献 244 第14章 高动态偏差存在下的临近空间高超声速目标组网跟踪 246 14.1 目标高超声速运动对多雷达数据关联的影响 247 14.1.1 高动态偏差下的目标量测 247 14.1.2 基于统计判决的多雷达数据关联 248 14.1.3 目标高超声速运动对多雷达数据关联的影响 248 14.2 临近空间高超声速目标的组网跟踪模型 250 14.2.1 基于径向速度补偿的多雷达数据关联 250 14.2.2 基于多雷达对消处理的IMM跟踪 251 14.2.3 基于径向速度补偿的多雷达对消处理分析 252 14.3 仿真验证与分析 253 14.3.1 仿真参数设置 253 14.3.2 高动态偏差对多雷达组网跟踪的影响分析 254 14.3.3 径向速度估计对多雷达组网跟踪的必要性分析 255 14.3.4 径向速度估计对多雷达组网跟踪的有效性分析 257 14.3.5 对消处理对多雷达组网跟踪的优越性分析 259 14.4 小结 260 参考文献 261