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第1章 引言1

1.1 多普勒效应2

1.2 相对论多普勒效应和时间膨胀3

1.3 雷达中观察到的多普勒效应6

1.4 多普勒频移的估计和分析8

1.5 多普勒频率估计的克拉美－罗界14

1.6 微多普勒效应14

1.7 雷达中观察到的微多普勒效应15

1.8 微多普勒频移的估计和分析16

1.8.1 瞬时频率分析17

1.8.2 联合时频分析18

1.9 物体的微多普勒特征20

参考文献22

附录1A MATLAB源代码26

第2章 雷达微多普勒效应基础31

2.1 刚体运动31

2.1.1 欧拉角32

2.1.2 四元数37

2.1.3 运动方程39

2.2 非刚体运动40

2.3 运动物体的电磁散射43

2.3.1 目标的雷达截面积43

2.3.2 雷达截面积预测方法45

2.3.3 运动物体的电磁散射46

2.4 计算微多普勒效应的基础数学47

2.4.1 微运动目标引起的微多普勒48

2.4.2 振动引起的微多普勒频移50

2.4.3 旋转引起的微多普勒频移53

2.4.4 圆锥运动引起的微多普勒频移55

2.5 双基微多普勒效应60

2.6 多基微多普勒效应64

2.7 微多普勒估计的克拉美－罗界65

参考文献66

附录2A67

附录2B MATLAB源代码69

第3章 刚体运动的微多普勒效应81

3.1 钟摆振荡82

3.1.1 钟摆的非线性运动动力学建模82

3.1.2 钟摆的雷达截面积（RCS）建模88

3.1.3 振荡钟摆的雷达后向散射89

3.1.4 振荡钟摆产生的微多普勒特征91

3.2 直升机旋翼92

3.2.1 旋转旋翼叶片的数学模型93

3.2.2 旋转旋翼叶片的RCS模型97

3.2.3 物理光学眼面预测模型99

3.2.4 旋翼叶片的雷达后向散射101

3.2.5 旋翼叶片的微多普勒特征102

3.2.6 所需的最小脉冲重复频率106

3.2.7 旋翼叶片微多普勒特征的分析和说明108

3.3 自旋对称陀螺110

3.3.1 对称陀螺的无外力旋转112

3.3.2 扭矩引起的对称陀螺的旋转113

3.3.3 对称陀螺的RCS模型115

3.3.4 对称陀螺的雷达后向散射115

3.3.5 进动陀螺产生的微多普勒特征116

3.3.6 进动陀螺微多普勒特征的分析和说明116

3.4 风力涡轮机119

3.4.1 风力涡轮机的微多普勒特征119

3.4.2 风力涡轮机微多普勒特征的分析和说明120

参考文献121

附录3A MATLAB源代码123

第4章 非刚性物体运动的微多普勒效应143

4.1 人体的关节运动145

4.1.1 人的行走145

4.1.2 人体行走周期性运动的描述146

4.1.3 人体运动的仿真147

4.1.4 人体部件的参数147

4.1.5 根据经验的数学参数化模型推导的人体行走模型149

4.1.6 获取人体运动的运动学参数159

4.1.7 三维运动学数据采集161

4.1.8 基于角度循环图模式的角度运动学特性164

4.1.9 行人的雷达后向散射168

4.1.10 人体运动数据处理169

4.1.11 人体运动引起的雷达微多普勒特征171

4.2 鸟类的扑翼运动174

4.2.1 鸟类扑翼运动学175

4.2.2 鸟类扑翼的多普勒观测177

4.2.3 鸟类扑翼的仿真178

4.3 四足动物的运动181

4.3.1 四足运动的建模182

4.3.2 四足运动的微多普勒特征182

4.3.3 小结183

参考文献184

附录4A MATLAB源代码187

附录4B MATLAB源代码231

第5章 微多普勒特征的分析与解释243

5.1 生物运动感知244

5.2 生物运动的分解246

5.2.1 基于统计的分解方法246

5.2.2 联合时频域中的微多普勒特征分解247

5.2.3 基于物理结构的分解247

5.3 从微多普勒特征中提取特性250

5.4 从微多普勒特征中估计运动学参数253

5.5 人体运动识别257

5.5.1 用于人体运动识别的特性257

5.5.2 异常的人类行为257

5.5.3 小结258

参考文献259

第6章 总结、挑战和展望263

6.1 总结264

6.2 挑战264

6.2.1 分解微多普勒特征264

6.2.2 基于微多普勒特征的特性提取和目标辨识265

6.3 展望266

6.3.1 多基微多普勒分析266

6.3.2 基于微多普勒特征的分类267

6.3.3 基于微多普勒辨识的听觉方法268

6.3.4 穿墙环境下的微多普勒特征268

参考文献269

术语表271