多輸入多輸齣雷達:應用於海洋油汙檢測 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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曾建奎 著

圖書標籤:

• 多輸入多輸齣雷達
• MIMO雷達
• 海洋油汙檢測
• 雷達遙感
• 海洋環境監測
• 信號處理
• 雷達成像
• 微波遙感
• 目標檢測
• 海洋汙染

店鋪： 智博天恒圖書專營店

齣版社： 西南交通大學齣版社

ISBN：9787564330552

商品編碼：29473913132

包裝：平裝

齣版時間：2014-05-01

圖書基本信息
圖書名稱	多輸入多輸齣雷達:應用於海洋油汙檢測
作者	曾建奎
定價	18.00元
齣版社	西南交通大學齣版社
ISBN	9787564330552
齣版日期	2014-05-01
字數
頁碼
版次	1
裝幀	平裝
開本	32開
商品重量	0.4Kg

內容簡介

由於性能優越，多輸人多輸齣雷達(MIMO雷達)已 成為研究熱點。曾建奎著的《多輸入多輸齣雷達--應 用於海洋油汙檢測》較全麵地介紹瞭MIMO雷達的工作 原理、分類，重點研究瞭MIMO雷達的檢測問題，並進 行瞭MKTLAB仿真和實驗驗證。後將MIMO雷達應用到 海洋油汙檢測，並對相關研究問題進行瞭展望。

作者簡介

曾建奎，男，1978年生。重慶科技學院電氣與信息工程學院教師。2009年畢業於電子科技大學。獲得信息與信號處理專業博士學位，現在電子科技大學電子科學與技術博士後流動站學習。研究領域為電子工程、信號處理、雷達係統設計等。已發錶科研論文20餘篇。

目錄

章　緒論 　1.1　引言 　　1.1.1　收發全分集MIMO雷達 　　1.1.2　發射分集MIMO雷達 　1.2　研究動態及發展現狀 第2章　收發全分集MIMO雷達檢測性能研究 　2.1　收發全分集MIMO雷達信號模型 　2.2　雷達模型分類 　2.3　MIMO雷達與傳統相控陣雷達檢測性能對比分析 　　2.3.1　MIMO雷達似然函數 　　2.3.2　MIMO雷達檢測性能分析 　　2.3.3　相控陣雷達檢測性能分析 　2.4　數字實驗結果　 　2.5　本章小結 第3章　隱馬爾可夫模型在收發全分集MIMO雷達檢測的應用 　3.1　引言 　3.2　隱馬爾可夫模型方法基本原理 　　3.2.1　HMM的基本概念 　　3.2.2　馬爾可夫鏈的形狀 　　3.2.3　隱馬爾可夫鏈的三個基本算法 　3.3　MIMO雷達中使用隱馬爾可夫模型的檢測方法 　　3.3.1　目標和雜波散射特性分析 　　3.3.2　用HMM進行MIMO雷達目標檢測的原理 　　3.3.3　基於HMM的M1MO雷達目標檢測實現步驟 　　3.3.4　仿真實驗 　3.4　本章小結 第4章　基於正交波形的發射分集MIMO雷達檢測性能研究 　4.1　發射分集MIMO雷達的原理 　4.2　發射分集MIMO雷達的特點 　4.3　發射分集MIMO雷達檢測性能研究 　　4.3.1　MIMO雷達的接收信號處理流程分析 　　4.3.2　相控陣雷達的接收信號處理流程分析 　　4.3.3　MIMO雷達與相控陣的性能對比 　4.4　發射分集MIMO雷達仿真係統　 　　4.4.1　仿真係統介紹 　　4.4.2　輸入參數界麵和仿真輸齣 　4.5　本章小結 第5章　空時自適應處理在發射分集MIMO雷達檢測的應用 　5.1　引言 　5.2　傳統空時自適應技術信號原理 　5.3　MIMO雷達中的空時自適應處理 　　5.3.1　信號模型 　　5.3.2　仿真實驗 　5.4　本章小結 第6章　Hough變換應用於發射分集MIMO雷達研究 　6.1　傳統的Hough變換方法 　　6.1.1　Hough變換簡介 　　6.1.2　Hough變換應用 　6.2　改進的Hough變換方法 　　6.2.1　快速Hough變換 　　6.2.2　相乾Hough變換 　6.3　改進的Hough變換方法應用於MIMO雷達積纍 　　6.3.1　信號處理流程及性能分析 　　6.3.2　仿真實驗結果　 　6.4　本章小結 第7章　信道估計應用於發射分集MIMO雷達研究 　7.1　引言　 　7.2　收發信號模型 　7.3　信道估計方法及目標參數估計 　7.4　仿真實驗 　7.5　本章小結 第8章　MIMO雷達用於海油檢測 　8.1　引言　　 　8.2　MIMO雷達檢測海洋油汙的問題 參考文獻

編輯推薦

曾建奎著的《多輸入多輸齣雷達--應用於海洋油汙檢測》對兩種不同類型的MIMO雷達檢測的相關問題展開研究，安排如下：首先對雷達發展情況進行簡單概述，講述瞭MlMO雷達的産生、發展概況、工作原理及分類。然後研究收發全分集MIM0雷達的工作原理，建立收發信號模型。在經典的慢起伏雷達目標截麵積Rcs模型的基礎上，X2分布模型，理論分析收發全分集MIMO雷達的檢測性能，並與傳統的相控陣進行比較……

文摘

序言

《多輸入多輸齣雷達：海洋環境監測的革新視角》 一、 引言：挑戰與機遇 廣袤的海洋，承載著人類對能源、食物以及運輸的需求，同時也麵臨著日益嚴峻的環境挑戰，其中，海洋溢油汙染無疑是亟待解決的突齣問題。大規模的溢油事故不僅會嚴重破壞海洋生態係統，威脅海洋生物的生存，更可能對沿海地區經濟和人類健康造成長遠的不利影響。因此，高效、準確、及時的海洋溢油監測技術，是維護海洋環境健康、保障人類可持續發展的關鍵。 傳統的海洋溢油監測手段，如衛星遙感、航空遙感、艦船巡查等，各有其優勢，但也存在局限性。衛星遙感覆蓋範圍廣，但受雲層影響較大，空間分辨率受限；航空遙感精度較高，但成本高昂，難以進行大範圍、長時間的持續監測；艦船巡查成本低，但效率低下，難以快速響應突發溢油事件。這些挑戰促使我們不斷探索更為先進、更為可靠的監測技術。 近年來，雷達技術在海洋環境監測領域的應用日益受到關注。特彆是多輸入多輸齣（MIMO）雷達技術，憑藉其獨特的信號處理能力和靈活的組網潛力，為解決現有監測難題提供瞭全新的思路。本文將深入探討MIMO雷達技術在海洋環境監測中的應用潛力，重點關注其在海洋溢油檢測方麵的獨特優勢和前沿研究方嚮，旨在為構建更智能、更高效的海洋環境監測體係提供理論和技術支持。 二、 MIMO雷達技術概述 1. 基本原理與結構： MIMO雷達是一種區彆於傳統單輸入單輸齣（SISO）雷達的新型雷達體製。其核心在於在發射端和接收端都采用多個天綫單元，並通過優化發射和接收天綫的時空編碼，實現空域和碼域的分集。具體而言，MIMO雷達根據天綫配置和信號處理方式的不同，可以分為兩種主要類型： 虛擬陣列MIMO雷達： 發射天綫和接收天綫各自形成一個獨立的天綫陣列，通過對發射和接收信號的聯閤處理，可以擴展形成一個更大的虛擬陣列。這種方式能夠顯著提升雷達係統的角分辨率和探測精度，尤其適用於需要精細化目標探測的場景。 分布式MIMO雷達： 發射天綫和接收天綫單元在空間上分離，可以分布在不同的位置。這種配置能夠提供更強的幾何分集增益，提高係統的魯棒性和抗乾擾能力，同時也能實現更廣闊的覆蓋範圍。 MIMO雷達的“多輸入多輸齣”特性，意味著它可以同時發射多個具有不同編碼的信號，並接收來自不同方嚮的迴波。通過先進的信號處理算法，如匹配濾波、波束形成、多普勒處理、恒虛警率（CFAR）檢測等，對這些復雜的迴波信號進行解耦和融閤，從而提取齣更豐富、更準確的目標信息。 2. MIMO雷達的優勢： 相比於傳統雷達，MIMO雷達在多個方麵展現齣顯著的優勢，使其在復雜的海洋環境中更具競爭力： 分辨率提升： 通過空域和碼域的分集，MIMO雷達能夠實現比傳統陣列雷達更高的等效孔徑，從而獲得更高的角分辨率和距離分辨率。這意味著它能夠更精細地區分不同大小、不同距離的目標，甚至識彆齣海麵上的微小油膜。 探測概率增強： 信號的空域和碼域分集能夠帶來更高的信噪比，尤其是在弱信號條件下，這顯著提高瞭探測目標的能力，減少瞭漏警的可能性。 抗乾擾能力強： 多發多收的特性使得MIMO雷達能夠利用信號的獨立性來對抗各種乾擾。通過對不同天綫接收到的信號進行聯閤分析，可以有效地抑製來自同頻乾擾、雜波以及電子對抗等。 靈活性和可擴展性： MIMO雷達係統可以根據實際需求靈活配置天綫數量、布局方式以及信號處理算法，從而實現係統性能的最優化。其模塊化設計也便於係統的升級和維護。 信息豐富度： MIMO雷達能夠同時獲取目標的多維度信息，包括距離、方位、速度、極化特性等，這些豐富的信息有助於更準確地識彆和分類目標。 三、 MIMO雷達在海洋環境監測中的應用潛力 海洋環境的復雜性，如海浪、海流、天氣變化以及各種海洋生物的存在，都給傳統的監測技術帶來瞭挑戰。MIMO雷達憑藉其獨特的優勢，在海洋環境監測領域展現齣巨大的應用潛力，尤其是在溢油檢測方麵。 1. 海麵特性分析與目標識彆： 海麵在雷達波照射下會産生復雜的後嚮散射信號。海浪、海流等會引起海麵的粗糙度變化，從而影響雷達迴波的強度和統計特性。MIMO雷達能夠通過對不同天綫接收到的海麵迴波進行高分辨率分析，提取海麵的精細散射機製。 海麵粗糙度與波浪譜估計： MIMO雷達可以通過精確測量海麵後嚮散射係數的變化，反演齣海麵的粗糙度信息。進一步地，通過對不同位置、不同時間的海麵迴波進行分析，可以獲得海麵的波浪譜信息，為理解海況變化提供數據支持。 船隻與海洋生物的區分： 在海麵上，船隻是常見的雷達目標。MIMO雷達的高分辨率能力使其能夠區分齣船隻的尺寸、形狀以及運動軌跡，從而與油汙等低速或靜止目標區分開來。此外，對於一些大型的海洋生物，如鯨魚，MIMO雷達也有可能通過其迴波特徵進行初步識彆。 2. 海洋溢油檢測的挑戰與MIMO雷達的解決方案： 海洋溢油檢測麵臨的主要挑戰在於： 油膜的微弱迴波： 大多數情況下，溢油形成的油膜非常薄，其對雷達波的後嚮散射相對較弱，容易被海浪等雜波所淹沒。 油膜形態的多樣性： 油膜在海洋錶麵會隨著風浪而變形，呈現齣不規則的形態，增加瞭檢測的難度。 環境背景的乾擾： 海浪、海流、海風以及其他海麵活動都可能産生與油膜相似的雷達迴波特徵，造成誤判。 MIMO雷達技術為應對這些挑戰提供瞭有效的解決方案： 提高信噪比，增強微弱油膜探測： MIMO雷達通過信號的分集和聯閤處理，能夠顯著提高係統的信噪比。這意味著即使是微弱的油膜迴波，在經過MIMO雷達的有效積纍後，也能被探測到，從而降低瞭漏檢率。 高分辨率精細成像，識彆油膜形態： MIMO雷達能夠形成高分辨率的雷達圖像，精細地描繪齣油膜的邊緣、擴散範圍以及內部紋理。這有助於更準確地判斷油膜的形狀和大小，為後續的溢油擴散預測和清理工作提供依據。 多維度信息融閤，抑製乾擾： MIMO雷達能夠同時獲取目標的距離、方位、速度以及極化等多種信息。油膜通常錶現為低速甚至靜止的特性，與具有明顯速度的海浪或船隻存在顯著差異。通過對這些多維度信息的聯閤分析，可以有效地抑製海浪、船隻等背景乾擾，提高油膜檢測的準確性。 極化特性分析，輔助油膜識彆： 油膜與純淨海麵在雷達波的極化散射特性上存在差異。MIMO雷達可以通過發射和接收不同極化狀態的信號，獲取海麵目標的極化散射矩陣。通過分析這些極化參數，例如後嚮散射係數的比值、退極化度等，可以有效地識彆齣油膜的存在，並區分油膜類型。 分布式MIMO雷達的廣域覆蓋與快速響應： 采用分布式MIMO雷達配置，可以將多個雷達節點部署在海岸綫或海上平颱，形成一個廣域的監測網絡。這種網絡能夠實現對大片海域的持續監控，一旦發生溢油事故，能夠實現快速、全麵的覆蓋，及時發現溢油區域，為應急處理贏得寶貴時間。 四、 MIMO雷達在海洋溢油檢測中的關鍵技術 1. 先進的信號處理算法： 空時自適應處理（STAP）： 在存在海浪雜波和乾擾的情況下，STAP算法能夠有效地抑製雜波和乾擾，突齣目標信號，提高信噪比。 多普勒濾波與速度估計： 精確的多普勒處理能夠區分不同速度的目標，將靜止或低速的油膜與高速運動的海浪和船隻區分開。 恒虛警率（CFAR）檢測： 結閤MIMO雷達的多維度信息，設計更魯棒的CFAR檢測器，以適應復雜的海麵背景，有效降低虛警率。 圖像處理與融閤： 利用MIMO雷達生成的高分辨率圖像，結閤形態學分析、邊緣檢測等圖像處理技術，對油膜的形狀、大小和分布進行精確提取。 2. 天綫設計與布局優化： 多天綫陣列設計： 根據實際應用場景，設計最優的天綫單元數量、間距和布局，以最大化虛擬陣列孔徑和分集增益。 分布式MIMO雷達網絡部署： 科學規劃分布式MIMO雷達節點的數量、位置和覆蓋範圍，以實現最佳的監測效率和覆蓋效果。 3. 極化信息利用： 全極化MIMO雷達係統： 開發能夠同時發射和接收不同極化信號的MIMO雷達係統，以充分獲取海麵目標的極化散射特性。 極化特徵提取與分類： 研究和開發用於區分油膜與非油膜的極化特徵，並建立相應的分類模型。 4. 數據融閤與目標關聯： 多源數據融閤： 將MIMO雷達與其他監測手段（如光學傳感器、化學傳感器）的數據進行融閤，提高溢油檢測的可靠性和準確性。 目標軌跡跟蹤與關聯： 對於監測到的潛在油膜，進行軌跡跟蹤和與曆史數據進行關聯，以判斷其來源和演變趨勢。 五、 未來展望與研究方嚮 MIMO雷達技術在海洋溢油檢測領域的應用尚處於發展階段，未來仍有廣闊的研究空間和應用前景。 智能化與自動化： 進一步發展基於人工智能和機器學習的信號處理與目標識彆算法，實現MIMO雷達係統的智能化和自動化運行，減少人工乾預。 微波與可見光/紅外融閤： 探索將MIMO雷達的微波探測能力與可見光/紅外傳感器的信息進行深度融閤，形成互補優勢，提高溢油檢測的綜閤能力，尤其是在油膜的顔色和成分分析方麵。 小型化與低功耗設計： 研發更小型化、低功耗的MIMO雷達係統，使其能夠集成到無人機、無人船等自主平颱上，實現更靈活、更廣泛的監測。 海洋環境適應性增強： 針對復雜的海況和惡劣天氣，進一步提升MIMO雷達係統的魯棒性和抗乾擾能力，確保其在各種環境下都能穩定工作。 標準與規範製定： 隨著MIMO雷達在海洋環境監測領域的應用日益廣泛，需要逐步建立相關的技術標準和應用規範，以促進技術的推廣和應用。 六、 結論 《多輸入多輸齣雷達：海洋環境監測的革新視角》一書，旨在深入剖析MIMO雷達技術在海洋環境監測，特彆是海洋溢油檢測方麵的巨大潛力。通過闡述MIMO雷達的核心原理、技術優勢，並結閤海洋溢油檢測麵臨的實際挑戰，本書詳細探討瞭MIMO雷達如何通過提升分辨率、增強探測能力、利用多維度信息以及提高係統靈活性來革新傳統的監測模式。書中重點介紹瞭在溢油檢測中需要關注的關鍵技術，包括先進的信號處理算法、天綫設計優化、極化信息利用以及數據融閤等，並對未來的發展趨勢進行瞭展望。本書的齣版，將為海洋環境監測領域的研究者、工程師以及決策者提供寶貴的參考，推動MIMO雷達技術在守護藍色星球、應對環境挑戰中發揮更大作用。

評分☆☆☆☆☆

不得不說，這本書為我打開瞭一扇全新的大門。在我之前的認知裏，雷達技術似乎總是與高大上的軍事裝備或者交通管製係統相關聯，而這本書卻讓我看到瞭雷達技術在環境保護領域的巨大潛力。作者以一種極具前瞻性的視角，將MIMO雷達這一前沿技術巧妙地引入到海洋油汙檢測這一重要的社會議題中，其創新性令人贊嘆。書中對於MIMO雷達在提升油汙檢測精度、擴大探測範圍、實現精細化監測等方麵的論述，都非常有說服力。作者深入分析瞭傳統雷達在油汙檢測中存在的不足，並詳細闡述瞭MIMO雷達如何通過其靈活的信號處理和多維度的信息獲取能力，有效地剋服這些挑戰。我尤其對書中關於如何區分油汙與海麵自然迴波的內容感興趣，作者提齣瞭多種創新性的算法，能夠有效地將微弱的油汙信號從復雜的背景噪聲中提取齣來，這對於實現實時、準確的油汙監測至關重要。這本書不僅僅是技術層麵的探討，更蘊含著作者對環境保護的深切關懷，這使得整本書讀起來充滿瞭人文情懷和使命感。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我帶來的最大感受是，作者不僅是一個技術專傢，更是一個富有遠見的創新者。當市麵上大多數關於MIMO雷達的文獻都集中在軍事、通信等領域時，作者卻獨闢蹊徑，將目光投嚮瞭環境保護，特彆是海洋油汙這一亟待解決的全球性難題。這種跨領域的融閤，本身就充滿瞭智慧和勇氣。書中對於MIMO雷達在油汙檢測中的應用，並非簡單地照搬現有技術，而是進行瞭大量的針對性研究和優化。例如，作者深入分析瞭油汙層對雷達迴波的散射特性，以及MIMO雷達如何通過其多通道接收和處理能力，更精確地識彆和量化油汙的覆蓋範圍和厚度。書中對於復雜海況下油汙信號的提取算法，以及如何有效抑製海麵雜波乾擾的創新性方法，都給我留下瞭深刻的印象。這些內容不是教科書式的泛泛而談，而是充滿瞭作者獨特的見解和解決方案。讀到書中關於如何利用MIMO雷達的虛擬孔徑擴展來提高海麵探測精度時，我仿佛看到瞭一個全新的海洋監測時代正在開啓。這本書讓我認識到，先進的技術不僅僅是服務於已有的應用，更重要的是能夠解決現實世界中的痛點問題，為人類社會的可持續發展貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，初讀這本書，我有些擔心自己對MIMO雷達的理解不夠深入，能否完全消化其中的內容。然而，隨著閱讀的深入，我發現作者的寫作風格非常獨特，他能夠用相對通俗易懂的語言，將復雜的MIMO雷達原理娓娓道來，並將其巧妙地與海洋油汙檢測這一具體應用場景相結閤。書中大量形象的比喻和生動的案例，幫助我剋服瞭技術上的障礙，更好地理解瞭MIMO雷達的工作機製及其在油汙檢測中的優勢。我特彆欣賞的是，作者在介紹MIMO雷達基本概念時，並非簡單地羅列公式，而是通過對雷達係統設計的思考，引導讀者逐步認識到MIMO雷達的獨特價值。比如，在解釋多輸入多輸齣的概念時，作者通過類比“團隊協作”來闡述其優勢，讓原本抽象的信號處理過程變得具象化。而當進入到油汙檢測的具體應用時，作者更是將MIMO雷達的各項特性，如方位分辨率、俯仰分辨率、角度分辨率等，與油汙的形態、大小、分布等信息對應起來，使得讀者能夠清晰地看到MIMO雷達在這個特定領域的應用潛力和優勢。書中對於仿真結果的展示，也同樣具有說服力，各種精美的圖錶直觀地展示瞭MIMO雷達在不同工況下的錶現，讓我對書中提齣的理論和方法充滿瞭信心。

評分☆☆☆☆☆

從一個純粹的應用角度來看，這本書無疑為海洋油汙監測領域的研究人員和工程師提供瞭一套強有力的工具和全新的思路。作者在書中詳細闡述瞭如何利用MIMO雷達的分布式天綫特性，實現對廣闊海域的高效掃描和精細探測。他不僅介紹瞭MIMO雷達在油汙檢測中的基本原理，更深入探討瞭不同MIMO配置（如 bistatic, multistatic, monostatic MIMO）在油汙探測性能上的差異，以及如何根據實際需求進行選擇和優化。書中對於不同類型油汙（例如原油、成品油）在雷達迴波上的特徵差異，以及MIMO雷達如何對這些差異進行辨識和分類的討論，都充滿瞭實際意義。此外，作者還對MIMO雷達在惡劣天氣條件下的魯棒性進行瞭深入研究，並提齣瞭多種抗乾擾和信號增強的技術，這對於確保油汙監測係統的可靠性至關重要。閱讀過程中，我常常聯想到現實中石油平颱、航運繁忙海域的油汙事故，這本書提供的解決方案，無疑能夠極大地提升我們應對此類突發事件的能力，並有效降低其對海洋生態環境造成的損害。這本書所展現的，不僅僅是技術的進步，更是我們利用科技守護藍色傢園的決心和能力。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本《多輸入多輸齣雷達:應用於海洋油汙檢測》，我腦海裏首先浮現的是作者在雷達信號處理領域深厚的功底，以及他如何巧妙地將MIMO雷達這一先進技術，彆齣心裁地應用於看似傳統但至關重要的海洋油汙監測任務。整本書的敘事流暢，從基礎概念的梳理，到模型構建的嚴謹，再到仿真分析的詳實，都展現瞭作者紮實的理論基礎和豐富的實踐經驗。書中對於MIMO雷達在油汙檢測中的優勢分析，例如提高分辨率、增強目標檢測能力以及降低虛警率等方麵，都有著非常細緻的闡述，並且通過大量的數學推導和圖錶展示，讓讀者能夠清晰地理解其原理和實際效果。我尤其欣賞的是，作者並沒有止步於理論層麵，而是深入探討瞭不同MIMO雷達構型和信號設計策略對油汙檢測性能的影響，這對於實際工程應用具有極高的參考價值。比如，在某個章節中，作者詳細比較瞭不同天綫布局下的MIMO雷達性能，並給齣瞭在特定海況下最優配置的建議，這使得這本書不僅僅是一本學術專著，更像是一本指導工程師和研究人員進行實際係統設計和優化的寶典。書中對海洋環境復雜性的考量，如海麵雜波、天氣變化等對雷達信號的影響，也做瞭深入的研究，並提齣瞭相應的魯棒性設計方法，這充分體現瞭作者對問題的全麵性和深刻性。