多输入多输出雷达:应用于海洋油污检测 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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曾建奎 著

图书标签:

• 多输入多输出雷达
• MIMO雷达
• 海洋油污检测
• 雷达遥感
• 海洋环境监测
• 信号处理
• 雷达成像
• 微波遥感
• 目标检测
• 海洋污染

店铺： 智博天恒图书专营店

出版社： 西南交通大学出版社

ISBN：9787564330552

商品编码：29473913132

包装：平装

出版时间：2014-05-01

图书基本信息
图书名称	多输入多输出雷达:应用于海洋油污检测
作者	曾建奎
定价	18.00元
出版社	西南交通大学出版社
ISBN	9787564330552
出版日期	2014-05-01
字数
页码
版次	1
装帧	平装
开本	32开
商品重量	0.4Kg

内容简介

由于性能优越，多输人多输出雷达(MIMO雷达)已 成为研究热点。曾建奎著的《多输入多输出雷达--应 用于海洋油污检测》较全面地介绍了MIMO雷达的工作 原理、分类，重点研究了MIMO雷达的检测问题，并进 行了MKTLAB仿真和实验验证。后将MIMO雷达应用到 海洋油污检测，并对相关研究问题进行了展望。

作者简介

曾建奎，男，1978年生。重庆科技学院电气与信息工程学院教师。2009年毕业于电子科技大学。获得信息与信号处理专业博士学位，现在电子科技大学电子科学与技术博士后流动站学习。研究领域为电子工程、信号处理、雷达系统设计等。已发表科研论文20余篇。

目录

章　绪论 　1.1　引言 　　1.1.1　收发全分集MIMO雷达 　　1.1.2　发射分集MIMO雷达 　1.2　研究动态及发展现状 第2章　收发全分集MIMO雷达检测性能研究 　2.1　收发全分集MIMO雷达信号模型 　2.2　雷达模型分类 　2.3　MIMO雷达与传统相控阵雷达检测性能对比分析 　　2.3.1　MIMO雷达似然函数 　　2.3.2　MIMO雷达检测性能分析 　　2.3.3　相控阵雷达检测性能分析 　2.4　数字实验结果　 　2.5　本章小结 第3章　隐马尔可夫模型在收发全分集MIMO雷达检测的应用 　3.1　引言 　3.2　隐马尔可夫模型方法基本原理 　　3.2.1　HMM的基本概念 　　3.2.2　马尔可夫链的形状 　　3.2.3　隐马尔可夫链的三个基本算法 　3.3　MIMO雷达中使用隐马尔可夫模型的检测方法 　　3.3.1　目标和杂波散射特性分析 　　3.3.2　用HMM进行MIMO雷达目标检测的原理 　　3.3.3　基于HMM的M1MO雷达目标检测实现步骤 　　3.3.4　仿真实验 　3.4　本章小结 第4章　基于正交波形的发射分集MIMO雷达检测性能研究 　4.1　发射分集MIMO雷达的原理 　4.2　发射分集MIMO雷达的特点 　4.3　发射分集MIMO雷达检测性能研究 　　4.3.1　MIMO雷达的接收信号处理流程分析 　　4.3.2　相控阵雷达的接收信号处理流程分析 　　4.3.3　MIMO雷达与相控阵的性能对比 　4.4　发射分集MIMO雷达仿真系统　 　　4.4.1　仿真系统介绍 　　4.4.2　输入参数界面和仿真输出 　4.5　本章小结 第5章　空时自适应处理在发射分集MIMO雷达检测的应用 　5.1　引言 　5.2　传统空时自适应技术信号原理 　5.3　MIMO雷达中的空时自适应处理 　　5.3.1　信号模型 　　5.3.2　仿真实验 　5.4　本章小结 第6章　Hough变换应用于发射分集MIMO雷达研究 　6.1　传统的Hough变换方法 　　6.1.1　Hough变换简介 　　6.1.2　Hough变换应用 　6.2　改进的Hough变换方法 　　6.2.1　快速Hough变换 　　6.2.2　相干Hough变换 　6.3　改进的Hough变换方法应用于MIMO雷达积累 　　6.3.1　信号处理流程及性能分析 　　6.3.2　仿真实验结果　 　6.4　本章小结 第7章　信道估计应用于发射分集MIMO雷达研究 　7.1　引言　 　7.2　收发信号模型 　7.3　信道估计方法及目标参数估计 　7.4　仿真实验 　7.5　本章小结 第8章　MIMO雷达用于海油检测 　8.1　引言　　 　8.2　MIMO雷达检测海洋油污的问题 参考文献

编辑推荐

曾建奎著的《多输入多输出雷达--应用于海洋油污检测》对两种不同类型的MIMO雷达检测的相关问题展开研究，安排如下：首先对雷达发展情况进行简单概述，讲述了MlMO雷达的产生、发展概况、工作原理及分类。然后研究收发全分集MIM0雷达的工作原理，建立收发信号模型。在经典的慢起伏雷达目标截面积Rcs模型的基础上，X2分布模型，理论分析收发全分集MIMO雷达的检测性能，并与传统的相控阵进行比较……

文摘

序言

《多输入多输出雷达：海洋环境监测的革新视角》 一、 引言：挑战与机遇 广袤的海洋，承载着人类对能源、食物以及运输的需求，同时也面临着日益严峻的环境挑战，其中，海洋溢油污染无疑是亟待解决的突出问题。大规模的溢油事故不仅会严重破坏海洋生态系统，威胁海洋生物的生存，更可能对沿海地区经济和人类健康造成长远的不利影响。因此，高效、准确、及时的海洋溢油监测技术，是维护海洋环境健康、保障人类可持续发展的关键。 传统的海洋溢油监测手段，如卫星遥感、航空遥感、舰船巡查等，各有其优势，但也存在局限性。卫星遥感覆盖范围广，但受云层影响较大，空间分辨率受限；航空遥感精度较高，但成本高昂，难以进行大范围、长时间的持续监测；舰船巡查成本低，但效率低下，难以快速响应突发溢油事件。这些挑战促使我们不断探索更为先进、更为可靠的监测技术。 近年来，雷达技术在海洋环境监测领域的应用日益受到关注。特别是多输入多输出（MIMO）雷达技术，凭借其独特的信号处理能力和灵活的组网潜力，为解决现有监测难题提供了全新的思路。本文将深入探讨MIMO雷达技术在海洋环境监测中的应用潜力，重点关注其在海洋溢油检测方面的独特优势和前沿研究方向，旨在为构建更智能、更高效的海洋环境监测体系提供理论和技术支持。 二、 MIMO雷达技术概述 1. 基本原理与结构： MIMO雷达是一种区别于传统单输入单输出（SISO）雷达的新型雷达体制。其核心在于在发射端和接收端都采用多个天线单元，并通过优化发射和接收天线的时空编码，实现空域和码域的分集。具体而言，MIMO雷达根据天线配置和信号处理方式的不同，可以分为两种主要类型： 虚拟阵列MIMO雷达： 发射天线和接收天线各自形成一个独立的天线阵列，通过对发射和接收信号的联合处理，可以扩展形成一个更大的虚拟阵列。这种方式能够显著提升雷达系统的角分辨率和探测精度，尤其适用于需要精细化目标探测的场景。 分布式MIMO雷达： 发射天线和接收天线单元在空间上分离，可以分布在不同的位置。这种配置能够提供更强的几何分集增益，提高系统的鲁棒性和抗干扰能力，同时也能实现更广阔的覆盖范围。 MIMO雷达的“多输入多输出”特性，意味着它可以同时发射多个具有不同编码的信号，并接收来自不同方向的回波。通过先进的信号处理算法，如匹配滤波、波束形成、多普勒处理、恒虚警率（CFAR）检测等，对这些复杂的回波信号进行解耦和融合，从而提取出更丰富、更准确的目标信息。 2. MIMO雷达的优势： 相比于传统雷达，MIMO雷达在多个方面展现出显著的优势，使其在复杂的海洋环境中更具竞争力： 分辨率提升： 通过空域和码域的分集，MIMO雷达能够实现比传统阵列雷达更高的等效孔径，从而获得更高的角分辨率和距离分辨率。这意味着它能够更精细地区分不同大小、不同距离的目标，甚至识别出海面上的微小油膜。 探测概率增强： 信号的空域和码域分集能够带来更高的信噪比，尤其是在弱信号条件下，这显著提高了探测目标的能力，减少了漏警的可能性。 抗干扰能力强： 多发多收的特性使得MIMO雷达能够利用信号的独立性来对抗各种干扰。通过对不同天线接收到的信号进行联合分析，可以有效地抑制来自同频干扰、杂波以及电子对抗等。 灵活性和可扩展性： MIMO雷达系统可以根据实际需求灵活配置天线数量、布局方式以及信号处理算法，从而实现系统性能的最优化。其模块化设计也便于系统的升级和维护。 信息丰富度： MIMO雷达能够同时获取目标的多维度信息，包括距离、方位、速度、极化特性等，这些丰富的信息有助于更准确地识别和分类目标。 三、 MIMO雷达在海洋环境监测中的应用潜力 海洋环境的复杂性，如海浪、海流、天气变化以及各种海洋生物的存在，都给传统的监测技术带来了挑战。MIMO雷达凭借其独特的优势，在海洋环境监测领域展现出巨大的应用潜力，尤其是在溢油检测方面。 1. 海面特性分析与目标识别： 海面在雷达波照射下会产生复杂的后向散射信号。海浪、海流等会引起海面的粗糙度变化，从而影响雷达回波的强度和统计特性。MIMO雷达能够通过对不同天线接收到的海面回波进行高分辨率分析，提取海面的精细散射机制。 海面粗糙度与波浪谱估计： MIMO雷达可以通过精确测量海面后向散射系数的变化，反演出海面的粗糙度信息。进一步地，通过对不同位置、不同时间的海面回波进行分析，可以获得海面的波浪谱信息，为理解海况变化提供数据支持。 船只与海洋生物的区分： 在海面上，船只是常见的雷达目标。MIMO雷达的高分辨率能力使其能够区分出船只的尺寸、形状以及运动轨迹，从而与油污等低速或静止目标区分开来。此外，对于一些大型的海洋生物，如鲸鱼，MIMO雷达也有可能通过其回波特征进行初步识别。 2. 海洋溢油检测的挑战与MIMO雷达的解决方案： 海洋溢油检测面临的主要挑战在于： 油膜的微弱回波： 大多数情况下，溢油形成的油膜非常薄，其对雷达波的后向散射相对较弱，容易被海浪等杂波所淹没。 油膜形态的多样性： 油膜在海洋表面会随着风浪而变形，呈现出不规则的形态，增加了检测的难度。 环境背景的干扰： 海浪、海流、海风以及其他海面活动都可能产生与油膜相似的雷达回波特征，造成误判。 MIMO雷达技术为应对这些挑战提供了有效的解决方案： 提高信噪比，增强微弱油膜探测： MIMO雷达通过信号的分集和联合处理，能够显著提高系统的信噪比。这意味着即使是微弱的油膜回波，在经过MIMO雷达的有效积累后，也能被探测到，从而降低了漏检率。 高分辨率精细成像，识别油膜形态： MIMO雷达能够形成高分辨率的雷达图像，精细地描绘出油膜的边缘、扩散范围以及内部纹理。这有助于更准确地判断油膜的形状和大小，为后续的溢油扩散预测和清理工作提供依据。 多维度信息融合，抑制干扰： MIMO雷达能够同时获取目标的距离、方位、速度以及极化等多种信息。油膜通常表现为低速甚至静止的特性，与具有明显速度的海浪或船只存在显著差异。通过对这些多维度信息的联合分析，可以有效地抑制海浪、船只等背景干扰，提高油膜检测的准确性。 极化特性分析，辅助油膜识别： 油膜与纯净海面在雷达波的极化散射特性上存在差异。MIMO雷达可以通过发射和接收不同极化状态的信号，获取海面目标的极化散射矩阵。通过分析这些极化参数，例如后向散射系数的比值、退极化度等，可以有效地识别出油膜的存在，并区分油膜类型。 分布式MIMO雷达的广域覆盖与快速响应： 采用分布式MIMO雷达配置，可以将多个雷达节点部署在海岸线或海上平台，形成一个广域的监测网络。这种网络能够实现对大片海域的持续监控，一旦发生溢油事故，能够实现快速、全面的覆盖，及时发现溢油区域，为应急处理赢得宝贵时间。 四、 MIMO雷达在海洋溢油检测中的关键技术 1. 先进的信号处理算法： 空时自适应处理（STAP）： 在存在海浪杂波和干扰的情况下，STAP算法能够有效地抑制杂波和干扰，突出目标信号，提高信噪比。 多普勒滤波与速度估计： 精确的多普勒处理能够区分不同速度的目标，将静止或低速的油膜与高速运动的海浪和船只区分开。 恒虚警率（CFAR）检测： 结合MIMO雷达的多维度信息，设计更鲁棒的CFAR检测器，以适应复杂的海面背景，有效降低虚警率。 图像处理与融合： 利用MIMO雷达生成的高分辨率图像，结合形态学分析、边缘检测等图像处理技术，对油膜的形状、大小和分布进行精确提取。 2. 天线设计与布局优化： 多天线阵列设计： 根据实际应用场景，设计最优的天线单元数量、间距和布局，以最大化虚拟阵列孔径和分集增益。 分布式MIMO雷达网络部署： 科学规划分布式MIMO雷达节点的数量、位置和覆盖范围，以实现最佳的监测效率和覆盖效果。 3. 极化信息利用： 全极化MIMO雷达系统： 开发能够同时发射和接收不同极化信号的MIMO雷达系统，以充分获取海面目标的极化散射特性。 极化特征提取与分类： 研究和开发用于区分油膜与非油膜的极化特征，并建立相应的分类模型。 4. 数据融合与目标关联： 多源数据融合： 将MIMO雷达与其他监测手段（如光学传感器、化学传感器）的数据进行融合，提高溢油检测的可靠性和准确性。 目标轨迹跟踪与关联： 对于监测到的潜在油膜，进行轨迹跟踪和与历史数据进行关联，以判断其来源和演变趋势。 五、 未来展望与研究方向 MIMO雷达技术在海洋溢油检测领域的应用尚处于发展阶段，未来仍有广阔的研究空间和应用前景。 智能化与自动化： 进一步发展基于人工智能和机器学习的信号处理与目标识别算法，实现MIMO雷达系统的智能化和自动化运行，减少人工干预。 微波与可见光/红外融合： 探索将MIMO雷达的微波探测能力与可见光/红外传感器的信息进行深度融合，形成互补优势，提高溢油检测的综合能力，尤其是在油膜的颜色和成分分析方面。 小型化与低功耗设计： 研发更小型化、低功耗的MIMO雷达系统，使其能够集成到无人机、无人船等自主平台上，实现更灵活、更广泛的监测。 海洋环境适应性增强： 针对复杂的海况和恶劣天气，进一步提升MIMO雷达系统的鲁棒性和抗干扰能力，确保其在各种环境下都能稳定工作。 标准与规范制定： 随着MIMO雷达在海洋环境监测领域的应用日益广泛，需要逐步建立相关的技术标准和应用规范，以促进技术的推广和应用。 六、 结论 《多输入多输出雷达：海洋环境监测的革新视角》一书，旨在深入剖析MIMO雷达技术在海洋环境监测，特别是海洋溢油检测方面的巨大潜力。通过阐述MIMO雷达的核心原理、技术优势，并结合海洋溢油检测面临的实际挑战，本书详细探讨了MIMO雷达如何通过提升分辨率、增强探测能力、利用多维度信息以及提高系统灵活性来革新传统的监测模式。书中重点介绍了在溢油检测中需要关注的关键技术，包括先进的信号处理算法、天线设计优化、极化信息利用以及数据融合等，并对未来的发展趋势进行了展望。本书的出版，将为海洋环境监测领域的研究者、工程师以及决策者提供宝贵的参考，推动MIMO雷达技术在守护蓝色星球、应对环境挑战中发挥更大作用。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书为我打开了一扇全新的大门。在我之前的认知里，雷达技术似乎总是与高大上的军事装备或者交通管制系统相关联，而这本书却让我看到了雷达技术在环境保护领域的巨大潜力。作者以一种极具前瞻性的视角，将MIMO雷达这一前沿技术巧妙地引入到海洋油污检测这一重要的社会议题中，其创新性令人赞叹。书中对于MIMO雷达在提升油污检测精度、扩大探测范围、实现精细化监测等方面的论述，都非常有说服力。作者深入分析了传统雷达在油污检测中存在的不足，并详细阐述了MIMO雷达如何通过其灵活的信号处理和多维度的信息获取能力，有效地克服这些挑战。我尤其对书中关于如何区分油污与海面自然回波的内容感兴趣，作者提出了多种创新性的算法，能够有效地将微弱的油污信号从复杂的背景噪声中提取出来，这对于实现实时、准确的油污监测至关重要。这本书不仅仅是技术层面的探讨，更蕴含着作者对环境保护的深切关怀，这使得整本书读起来充满了人文情怀和使命感。

评分☆☆☆☆☆

读完这本《多输入多输出雷达:应用于海洋油污检测》，我脑海里首先浮现的是作者在雷达信号处理领域深厚的功底，以及他如何巧妙地将MIMO雷达这一先进技术，别出心裁地应用于看似传统但至关重要的海洋油污监测任务。整本书的叙事流畅，从基础概念的梳理，到模型构建的严谨，再到仿真分析的详实，都展现了作者扎实的理论基础和丰富的实践经验。书中对于MIMO雷达在油污检测中的优势分析，例如提高分辨率、增强目标检测能力以及降低虚警率等方面，都有着非常细致的阐述，并且通过大量的数学推导和图表展示，让读者能够清晰地理解其原理和实际效果。我尤其欣赏的是，作者并没有止步于理论层面，而是深入探讨了不同MIMO雷达构型和信号设计策略对油污检测性能的影响，这对于实际工程应用具有极高的参考价值。比如，在某个章节中，作者详细比较了不同天线布局下的MIMO雷达性能，并给出了在特定海况下最优配置的建议，这使得这本书不仅仅是一本学术专著，更像是一本指导工程师和研究人员进行实际系统设计和优化的宝典。书中对海洋环境复杂性的考量，如海面杂波、天气变化等对雷达信号的影响，也做了深入的研究，并提出了相应的鲁棒性设计方法，这充分体现了作者对问题的全面性和深刻性。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的最大感受是，作者不仅是一个技术专家，更是一个富有远见的创新者。当市面上大多数关于MIMO雷达的文献都集中在军事、通信等领域时，作者却独辟蹊径，将目光投向了环境保护，特别是海洋油污这一亟待解决的全球性难题。这种跨领域的融合，本身就充满了智慧和勇气。书中对于MIMO雷达在油污检测中的应用，并非简单地照搬现有技术，而是进行了大量的针对性研究和优化。例如，作者深入分析了油污层对雷达回波的散射特性，以及MIMO雷达如何通过其多通道接收和处理能力，更精确地识别和量化油污的覆盖范围和厚度。书中对于复杂海况下油污信号的提取算法，以及如何有效抑制海面杂波干扰的创新性方法，都给我留下了深刻的印象。这些内容不是教科书式的泛泛而谈，而是充满了作者独特的见解和解决方案。读到书中关于如何利用MIMO雷达的虚拟孔径扩展来提高海面探测精度时，我仿佛看到了一个全新的海洋监测时代正在开启。这本书让我认识到，先进的技术不仅仅是服务于已有的应用，更重要的是能够解决现实世界中的痛点问题，为人类社会的可持续发展贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，初读这本书，我有些担心自己对MIMO雷达的理解不够深入，能否完全消化其中的内容。然而，随着阅读的深入，我发现作者的写作风格非常独特，他能够用相对通俗易懂的语言，将复杂的MIMO雷达原理娓娓道来，并将其巧妙地与海洋油污检测这一具体应用场景相结合。书中大量形象的比喻和生动的案例，帮助我克服了技术上的障碍，更好地理解了MIMO雷达的工作机制及其在油污检测中的优势。我特别欣赏的是，作者在介绍MIMO雷达基本概念时，并非简单地罗列公式，而是通过对雷达系统设计的思考，引导读者逐步认识到MIMO雷达的独特价值。比如，在解释多输入多输出的概念时，作者通过类比“团队协作”来阐述其优势，让原本抽象的信号处理过程变得具象化。而当进入到油污检测的具体应用时，作者更是将MIMO雷达的各项特性，如方位分辨率、俯仰分辨率、角度分辨率等，与油污的形态、大小、分布等信息对应起来，使得读者能够清晰地看到MIMO雷达在这个特定领域的应用潜力和优势。书中对于仿真结果的展示，也同样具有说服力，各种精美的图表直观地展示了MIMO雷达在不同工况下的表现，让我对书中提出的理论和方法充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

从一个纯粹的应用角度来看，这本书无疑为海洋油污监测领域的研究人员和工程师提供了一套强有力的工具和全新的思路。作者在书中详细阐述了如何利用MIMO雷达的分布式天线特性，实现对广阔海域的高效扫描和精细探测。他不仅介绍了MIMO雷达在油污检测中的基本原理，更深入探讨了不同MIMO配置（如 bistatic, multistatic, monostatic MIMO）在油污探测性能上的差异，以及如何根据实际需求进行选择和优化。书中对于不同类型油污（例如原油、成品油）在雷达回波上的特征差异，以及MIMO雷达如何对这些差异进行辨识和分类的讨论，都充满了实际意义。此外，作者还对MIMO雷达在恶劣天气条件下的鲁棒性进行了深入研究，并提出了多种抗干扰和信号增强的技术，这对于确保油污监测系统的可靠性至关重要。阅读过程中，我常常联想到现实中石油平台、航运繁忙海域的油污事故，这本书提供的解决方案，无疑能够极大地提升我们应对此类突发事件的能力，并有效降低其对海洋生态环境造成的损害。这本书所展现的，不仅仅是技术的进步，更是我们利用科技守护蓝色家园的决心和能力。