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| 內容簡介： |
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本书主要介绍探测制导系统的数据处理方法和基本理论，阐述了线性系统滤波的基本理论及其在工程实际应用中需要注意研究和解决的问题。全书共9章和8个附录，正文内容具体包括绪论、线性系统滤波的基本理论、卡尔曼滤波模型的推广及其在探测系统中的应用、机动目标跟踪、卡尔曼滤波器在非线性系统中的应用、复杂战场环境下的目标跟踪、相控阵雷达中的数据处理技术、卡尔曼滤波在末制导探测系统中的应用、末制导探测制导总体设计与状态估计；附录内容具体包括线性系统和非线性系统滤波理论习题及解答、国际标准大气参数表、国际单位制的基本单位、MATLAB基础、分贝转换表、拉普拉斯变换的基本性质、常用函数的拉普拉斯变换和Z变换表、雷达频段表。
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| 關於作者： |
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蔡庆宇，男，中国航天科工研究生院教授，长期从事探测制导数据处理的教学与研究工作， 发表论文多篇，出版专著和教材多部。
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| 目錄：
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第1章绪论1
1.1数据处理在典型低空防空导弹武器系统中的应用简介1
1.1.1作战任务与系统组成2
1.1.2作战过程与计算机软件的应用3
1.1.3目标探测雷达计算机系统及其软件的体系结构4
1.1.4导弹制导雷达计算机系统及其软件的体系结构6
1.2数据处理在弹上末制导探测系统中的应用简介8
1.2.1典型战术弹道导弹的威胁及其目标特性8
1.2.2高精度弹目相对运动参数的最优状态估计9
1.2.3正弦机动最优制导律实现所需目标参数的获取11
1.2.4弹目接近加速度鲁棒 滤波器设计12
1.2.5数据处理算法在制导控制计算机系统软件与硬件上的实现13
1.3本书各章节简介13
参考文献14
第2章线性系统滤波的基本理论15
2.1卡尔曼滤波基本理论15
2.1.1维纳-霍泊甫方程和线性无偏最小方差估计15
2.1.2时间连续的卡尔曼滤波17
2.1.3时间离散的卡尔曼滤波20
2.2维纳滤波、平稳卡尔曼滤波及其相互关系26
2.2.1多维维纳滤波26
2.2.2平稳卡尔曼滤波30
2.2.3平稳卡尔曼滤波与维纳滤波的关系32
2.2.4采用均匀分布目标机动模型的三阶跟踪滤波器37
2.3线性系统的状态方程描述及其伴随系统39
2.3.1 线性系统的纯量微分方程描述39
2.3.2确定变参数线性系统传递函数的近似方法41
2.3.3慢变参数系统脉冲响应函数的近似求法44
2.3.4线性系统的状态方程描述48
2.3.5齐次和非齐次向量微分方程的解与脉冲响应矩阵50
2.3.6线性系统的伴随（对偶）系统51
2.4卡尔曼滤波的可观测性、可控性和误差分析54
2.4.1线性系统的可观测性和可控性54
2.4.2线性系统滤波器的稳定性60
2.4.3线性系统滤波器的误差特性64
2.4.4滤波器的真实发散和误差补偿技术67
2.5调节卡尔曼滤波的协方差矩阵Q和R72
参考文献73
第3章卡尔曼滤波模型的推广及其在探测系统中的应用75
3.1线性卡尔曼滤波模型的推广75
3.1.1引言75
3.1.2有作用力的系统75
3.1.3关于噪声模型77
3.2雷达常用的几种跟踪飞机的运动模型及其滤波器82
3.2.1连续时间系统的连续描述与离散描述的关系82
3.2.2常速度模型和常加速度模型及其常增益滤波器的参数制约关系83
3.2.3建立在CV、CA模型上的 、 滤波器的性能分析88
3.310阶库金积分表106
3.4引入速度量测的二阶滤波器的稳态性能分析109
参考文献112
第4章机动目标跟踪114
4.1引言114
4.2新息序列的基本性质114
4.3单模型方法117
4.3.1相关噪声模型Singer模型117
4.3.2机动目标的截断正态概率密度模型128
4.4串行多模型方法137
4.4.1调整过程噪声的方法137
4.4.2输入估计方法137
4.4.3变维数滤波方法138
4.4.4检测及状态自适应调整滤波器141
4.4.5修正的常增益自适应滤波方法147
4.5并行多模型方法153
4.5.1方法描述153
4.5.2静态多模型估计器153
4.5.3动态多模型估计器154
4.5.4GPB1多模型估计器（切换模型）156
4.5.5GPB2多模型估计器（切换模型）157
4.5.6交互式多模型估计器（IMM）159
4.6多模型自适应估计162
4.6.1目标正弦机动跟踪的三态卡尔曼滤波器163
4.6.2目标正弦机动跟踪的四态卡尔曼滤波器163
4.6.3包含目标机动频率状态的五态卡尔曼滤波器164
4.6.4卡尔曼滤波器组的目标机动频率估计方法165
4.7小结166
思考题167
参考文献167
第5章卡尔曼滤波器在非线性系统中的应用168
5.1引言168
5.2近似高斯化的卡尔曼滤波算法168
5.2.1扩展卡尔曼滤波与弹道系数估计168
5.2.2转换观测卡尔曼滤波183
5.2.3无迹卡尔曼滤波186
5.3EKF在相控阵雷达目标跟踪中的应用实例188
5.3.1坐标系、测量模型及状态模型188
5.3.2混合坐标系下EKF滤波和UKF滤波190
5.3.3笛卡儿坐标系下的CMKF滤波190
5.4非高斯分布的直接估计（粒子滤波）191
5.5转换测量卡尔曼滤波及扩展卡尔曼滤波有关公式推导192
5.5.1真实偏差和协方差192
5.5.2平均偏差和协方差197
5.5.3球坐标系下对应的扩展卡尔曼滤波（EKF）202
5.5.4阵面余弦量测和阵面直角滤波203
5.6小结205
思考题205
参考文献206
第6章复杂战场环境下的目标跟踪207
6.1引言207
6.2测量的证实207
6.3干扰环境中的单目标跟踪208
6.3.1最近邻域滤波法（NNF）208
6.3.2概率数据关联滤波器（PDAF）209
6.4干扰环境下的多目标跟踪212
6.5模糊子集理论在多目标跟踪中的应用214
6.5.1模糊最小方差估计214
6.5.2多目标跟踪的模糊滤波算法215
6.5.3模糊关系矩阵和隶属矩阵217
6.5.4仿真实验结果218
6.6编队飞行目标群的跟踪逻辑218
6.6.1问题的提出218
6.6.2群目标数据处理系统的逻辑功能219
6.7运动载体环境下的目标跟踪问题225
6.7.1舰载雷达跟踪问题概述225
6.7.2参照系及坐标系226
6.7.3相对速度与相对加速度的推导230
6.7.4舰载雷达跟踪系统框图和仿真试验232
6.8小结234
思考题235
参考文献235
第7章相控阵雷达中的数据处理技术236
7.1稠密多目标航迹初始化方法236
7.1.1分群处理236
7.1.2航迹初始化238
7.1.3一个工程应用实例240
7.2相控阵雷达工作方式的调度策略242
7.2.1概述242
7.2.2影响调度策略的主要因素242
7.2.3自适应调度策略244
7.2.4调度程序的设计方法245
7.2.5仿真实验结果249
7.3专家系统及其在相控阵雷达数据处理系统中的应用249
7.3.1专家系统发展概况250
7.3.2专家系统的研究对象和结构250
7.3.3一个相控阵雷达工作方式调度的专家系统SOMPAR专家系统251
7.3.4人工智能及其在相控阵雷达数据处理系统中的应用254
7.4一个简单的相控阵雷达系统仿真实例255
7.4.1目标运动模型的仿真255
7.4.2测量过程的仿真257
7.4.3跟踪滤波及航迹管理261
7.4.4噪声协方差矩阵Rk与初始协方差矩阵P00的计算266
7.5小结271
思考题272
参考文献272
第8章卡尔曼滤波在末制导探测系统中的应用273
8.1末制导探测系统总体设计273
8.1.1关于比例导引制导律指令加速度的方向273
8.1.2改进比例导引制导律问题的提出274
8.1.3对目标机动和弹体动力学滞后进行补偿的必要性274
8.1.4一阶最优制导律277
8.1.5二次型性能指标的最优制导律的重要通式278
8.2一阶最优制导律的四种推导方法278
8.2.1应用极小值原理推导一阶动力学最优制导律279
8.2.2应用柯西不等式推导一阶动力学最优制导律284
8.2.3应用Rusnak方法推导一阶动力学最优制导律285
8.2.4应用数值方法推导一阶动力学最优制导律288
8.2.5关于零控脱靶量288
8.3三回路自动驾驶仪的设计与应用292
8.3.1线性化气动传递函数292
8.3.2三回路自动驾驶仪的增益的解析求法294
8.3.3三回路自动驾驶仪增益的极点配置法294
8.3.4三回路自动驾驶仪设计小结296
8.4导引头跟踪解耦性能的设计与应用298
8.4.1探测器模型298
8.4.2导引头参数对稳定性的影响301
8.4.3解耦方案302
参考文献304
第9章末制导探测制导总体设计与状态估计305
9.1一阶最优制导律的实现与仿真305
9.1.1目标跟踪状态模型306
9.1.2剩余飞行时间的计算318
9.1.3目标机动加速度的主辅滤波器估计算法321
9.1.4最优制导律的实现与仿真322
9.2高阶最优制导律及其滤波实现研究323
9.2.1对应二阶飞控系统的最优制导律323
9.2.2对应三阶飞控系统的最优制导律325
9.2.3对应四阶系统的最优制导律328
9.2.4单边最优制导律小结328
9.3末制导探测系统仿真试验设计329
9.3.1基于脱靶量的末制导控制精度建模与验模329
9.3.2基于导引头天线罩的末制导探测建模与验模329
9.3.3状态估计滤波器对末制导性能影响的仿真分析与评估329
9.3.4小结330
思考题330
参考文献330
附录A线性系统和非线性系统滤波理论习题及解答331
附录B国际标准大气参数表（0～91km）375
附录C国际单位制的基本单位379
附录DMATLAB基础380
附录E分贝转换表382
附录F拉普拉斯变换的基本性质383
附录G常用函数的拉普拉斯变换和Z变换表388
附录H雷达频段表389
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| 內容試閱：
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序
本书是一本由科研机构研究人员编写的研究生教材。作为国内最早开展学位与研究生教育工作的科研单位之一，中国航天科工集团第二研究院自20世纪80年代初开始进行研究生培养，迄今为止已培养千余名博士、硕士研究生，其中的佼佼者已成长为航天科研生产战线上的骨干力量，他们为祖国航天事业的发展做出了重要贡献。
在多年的研究生培养过程中，中国航天科工集团第二研究院的导师们深感迫切需要一整套能充分体现航天科研工作工程性、系统性、理论与实践紧密结合的研究生教材。为此，中国航天科工集团第二研究院研究生院于2011年启动研究生教材的建设工作，鼓励由实践经验丰富的科研人员编写教材，进一步提升自培研究生的质量。
本书主要介绍探测制导系统的数据处理方法和基本理论，阐述线性系统滤波的基本理论及其在工程实际应用中需要注意研究和解决的问题。全书内容深入浅出，具有很好的基础性和系统性，同时具有很强的工程性和实用性，已经过中国航天科工集团第二研究院研究生院多年的教学实践，得到了同学们的充分认可。
本书作者从事航天科研工作及研究生培养工作多年，学术造诣深厚、治学态度严谨。本书是他们多年科研及教育工作的成果结晶，特别是蔡庆宇老师虽已逾耄耋之年，却仍然笔耕不辍，将多年的科研工作精华以教材的形式加以总结提升、无私传授。在此，中国航天科工集团第二研究院研究生院向各位老师致以崇高敬意，并表示衷心的感谢！
中国航天科工集团第二研究院研究生院
二〇一九年三月
前 言
中国航天科工集团第二研究院（以下简称二院）是国内最早开展学位与研究生教育工作的科研单位之一，1981年经国务院学位委员会批准获得第一个硕士学位授权点，1984年获得第一个博士学位授权点。三十多年来，二院的学位与研究生教育工作为祖国的航天事业培养和造就了一大批优秀科研人才，为祖国航天事业的发展做出了重要贡献。
为进一步提高二院的人才培养质量，提升电子与通信工程及控制科学与工程专业研究生的专业水平，我们撰写了本书。本书突出理论和实践，在取材和阐述方式上，既注重理论的完整性和系统性，又强调工程的实用性，是作者从事航天科研工作几十年来研究成果的总结和展示。全书由四部分组成，第一部分介绍线性系统滤波的基本理论，是探测制导系统数据处理中卡尔曼滤波器设计的基础。第二部分介绍卡尔曼滤波模型的推广及其在探测制导系统中的应用。第三部分介绍卡尔曼滤波在末制导探测系统中的应用，末制导探测系统的状态估计为制导律的实现提供了好的信息源，为最优制导律的设计奠定了一定的理论基础。第四部分介绍以最优制导律实现为背景的探测制导系统的数据处理仿真与验证。
需要说明的是，书中公式繁多，为降低出错的概率，向量和矩阵全部使用白斜体表示，而未按照国标要求使用黑斜体，请读者阅读时根据上下文加以判断。
本书是为电子与通信工程专业的研究生撰写的，也可作为从事雷达、制导系统工作的工程技术人员的参考书。本书的撰写工作得到了二院研究生院的大力支持与热情帮助，也得到了秦忠宇研究员和历届自培博士和硕士研究生提供的相关帮助。在此，作者一并表示衷心感谢！
由于作者水平有限，本书难免有疏漏和不当之处，敬请广大读者批评指正。
作者
二〇一九年三月
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