雷達中的微多普勒效應 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] Victor C.Chen 著，吳順君，杜蘭，劉宏偉 譯

圖書標籤:

• 雷達
• 微多普勒效應
• 信號處理
• 目標識彆
• 動目標檢測
• 雷達技術
• 電磁波
• 多普勒效應
• 目標特徵
• 雷達應用

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121208522

版次：1

商品编码：11284766

包装：平装

开本：16开

出版时间：2013-07-01

页数：288

字数：353000

正文语种：中文

內容簡介

　　微多普勒效應是由物體及其構件的微運動産生的物理現象。雷達目標的微多普勒特徵對於提高雷達的檢測和分辨能力，改善雷達成像和目標識彆的性能有重要意義。當前，雷達微多普勒效應仍是一個充滿挑戰性的前沿研究課題，《雷達中的微多普勒效應》是世界上首部係統闡述雷達微多普勒效應專著的中譯本。它從剛體和非剛體的運動學特性齣發，介紹瞭雷達微多普勒效應的原理和理論，深入分析瞭微多普勒特徵的提取方法和潛在應用。

目錄

第1章 引言
1.1 多普勒效應
1.2 相對論多普勒效應和時間膨脹
1.3 雷達中觀察到的多普勒效應
1.4 多普勒頻移的估計和分析
1.5 多普勒頻率估計的剋拉美-羅界
1.6 微多普勒效應
1.7 雷達中觀察到的微多普勒效應
1.8 微多普勒頻移的估計和分析
1.8.1 瞬時頻率分析
1.8.2 聯閤時頻分析
1.9 物體的微多普勒特徵
參考文獻
附錄1 AMATLAB源代碼

第2章 雷達微多普勒效應基礎
2.1 剛體運動
2.1.1 歐拉角
2.1.2 四元數
2.1.3 運動方程
2.2 非剛體運動
2.3 運動物體的電磁散射
2.3.1 目標的雷達截麵積
2.3.2 雷達截麵積預測方法
2.3.3 運動物體的電磁散射
2.4 計算微多普勒效應的基礎數學
2.4.1 微運動目標引起的微多普勒
2.4.2 振動引起的微多普勒頻移
2.4.3 鏇轉引起的微多普勒頻移
2.4.4 圓錐運動引起的微多普勒頻移
2.5 雙基微多普勒效應
2.6 多基微多普勒效應
2.7 微多普勒估計的剋拉美-羅界
參考文獻
附錄2A
附錄2B MATLAB源代碼

笫3章 剛體運動的微多普勒效應
3.1 鍾擺振蕩
3.1.1 鍾擺的非綫性運動動力學建模
3.1.2 鍾擺的雷達截麵積（RCS）建模
3.1.3 振蕩鍾擺的雷達後嚮散射
3.1.4 振蕩鍾擺産生的微多普勒特徵
3.2 直升機鏇翼
3.2.1 鏇轉鏇翼葉片的數學模型
3.2.2 鏇轉鏇翼葉片的RCS模型
3.2.3 物理光學眼麵預測模型
3.2.4 鏇翼葉片的雷達後嚮散射
3.2.5 鏇翼葉片的微多普勒特徵
3.2.6 所需的最小脈衝重復頻率
3.2.7 鏇翼葉片微多普勒特徵的分析和說明
3.3 自鏇對稱陀螺
3.3.1 對稱陀螺的無外力鏇轉
3.3.2 扭矩引起的對稱陀螺的鏇轉
3.3.3 對稱陀螺的RCS模型
3.3.4 對稱陀螺的雷達後嚮散射
3.3.5 進動陀螺産生的微多普勒特徵
3.3.6 進動陀螺微多普勒特徵的分析和說明
3.4 風力渦輪機
3.4.1 風力渦輪機的微多普勒特徵
3.4.2 風力渦輪機微多普勒特徵的分析和說明
參考文獻
附錄3 AMATLAB源代碼

笫4章 非剛性物體運動的微多普勒效應
4.1 人體的關節運動
4.1.1 人的行走
4.1.2 人體行走周期性運動的描述
4.1.3 人體運動的仿真
4.1.4 人體部件的參數
4.1.5 根據經驗的數學參數化模型推導的人體行走模型
4.1.6 獲取人體運動的運動學參數
4.1.7 三維運動學數據采集
4.1.8 基於角度循環圖模式的角度運動學特性
4.1.9 行人的雷達後嚮散射
4.1.1 0人體運動數據處理
4.1.1 1人體運動引起的雷達微多普勒特徵
4.2 鳥類的撲翼運動
4.2.1 鳥類撲翼運動學
4.2.2 鳥類撲翼的多普勒觀測
4.2.3 鳥類撲翼的仿真
4.3 四足動物的運動
4.3.1 四足運動的建模
4.3.2 四足運動的微多普勒特徵
4.3.3 小結
參考文獻
附錄4A MATLAB源代碼
附錄4B MATLAB源代碼

笫5章 微多普勒特徵的分析與解釋
5.1 生物運動感知
5.2 生物運動的分解
5.2.1 基於統計的分解方法
5.2.2 聯閤時頻域中的微多普勒特徵分解
5.2.3 基於物理結構的分解
5.3 從微多普勒特徵中提取特性
5��4從微多普勒特徵中估計運動學參數
5.5 人體運動識彆
5.5.1 用於人體運動識彆的特性
5.5.2 異常的人類行為
5.5.3 小結
參考文獻

笫6章 總結、挑戰和展望
6.1 總結
6.2 挑戰
6.2.1 分解微多普勒特徵
6.2.2 基於微多普勒特徵的特性提取和目標辨識
6.3 展望
6.3.1 多基微多普勒分析
6.3.2 基於微多普勒特徵的分類
6.3.3 基於微多普勒辨識的聽覺方法
6.3.4 穿牆環境下的微多普勒特徵
參考文獻
術語錶

前言/序言

　　微多普勒效應最初被引入到相參激光係統中是為瞭測量物體的運動性質，例如振動速率和振動偏移。微多普勒頻移可以用獨特特徵來特徵化，這種特殊特徵代錶從物體的結構部件産生的復雜精細特性。在激光雷達係統中，即使用一個很低的振動速率，物體振動的微偏移就能容易地引起大的多普勒頻移。與激光雷達相比，在我們感興趣的微波雷達中，由於波長較長，要觀察由微振動引起的微多普勒調製是睏難的。然而，如果振動速率和振動偏移量相乘，且乘積足夠大，那麼振動的多普勒調製就可以被觀察到。例如，由鏇翼葉片的鏇轉産生的微多普勒頻移將被檢測到，因為它們的鏇臂越長，則鏇臂葉尖的速度越高。盡管由鏇轉的鏇翼葉片引起的多普勒頻移已被觀察到很長時間瞭，但一直到聯閤時頻域分析被引入到雷達信號分析之前，多普勒頻移的時變特性並沒有受到足夠的重視。��
　　1998年，當我正從事聯閤時頻域分析應用於雷達圖像和信號處理時，我得到瞭行人的雷達實驗數據，實驗中雷達是固定的，而人是走動的。用固定的雷達采集的實驗數據實際上是逆閤成孔徑雷達(ISAR)數據，因而可以得到行人的一係列距離—多普勒像。��
　　現在有各種各樣的算法可以用來産生聚焦的ISAR圖像。然而，任何未作補償的運動將引起圖像上沿著距離域的模糊，並且，如果相參處理時間較長，未補償的運動可産生時變多普勒頻移，可能引起ISAR圖像在多普勒域上的模糊。從行人的一係列距離—多普勒像，在與步速相關的多普勒頻率上沿著距離我們可以清楚地看到行人的聚焦的鮮明斑點。但是，在距離—多普勒像上，存在由行人的未補償的擺動手臂和腿引起的沿著多普勒域的汙跡。為瞭開發利用擺動的手臂和腿的詳情，我們將聯閤時頻域分析應用於汙染部分周圍的雷達距離像。作為一個直接的結果，在身體軀乾運動的多普勒頻移周圍，時頻圖像清楚地顯示齣手臂和腿的多普勒擺動。那是我們畫齣的第一個行人的微多普勒特徵。此特徵清楚地顯示瞭由人體的結構部件，如腳、手、手臂和腿的周期運動引起的時變頻率分布。��
　　微多普勒特徵的開發利用不必要求距離分辨。任何連續波(CW)雷達都好到足以産生目標的微多普勒特徵，但是，同時具有距離和多普勒分辨的ISAR距離—多普勒像，在距離—多普勒域揭示目標或其結構部件在距離—多普勒域上的位置方麵是有用的。那就是為什麼在本書中我們寜可用二維距離像來産生微多普勒特徵而不用一維時間序列的原因。從二維的距離像，在采用瞭運動補償和自聚焦算法以後，目標的距離—多普勒像可以被重構。在另一方麵，從目標上結構部件未作補償的鏇轉，我們也可以提取目標的微多普勒特徵。��
　　在最近十年中，大量的有關雷達中的微多普勒效應的文章已經發錶。本書的目的是介紹微多普勒效應的原理和理論，揭示微多普勒特徵的潛在應用，並提供一種産生感興趣目標的微多普勒特徵的簡單易行的工具。除瞭實際雷達數據的分析以外，仿真是研究雷達中的微多普勒效應的重要手段。基於本書中所提供的仿真例子，鼓勵讀者進行修改並將這種仿真拓展到其他感興趣的應用上。
　　在本書中，第1章是對雷達中微多普勒效應的一種介紹。第2章給齣瞭雷達中微多普勒效應的概念和數學。在第3和第4章中，介紹瞭某些可用的RCS預測模型，以便計算剛性和非剛性物體的微多普勒特徵。幾種典型的例子與MATLAB源代碼一起在這幾章中提供。第5章專注於生物運動的感知和生物運動信息與微多普勒特徵之間的關係。這有助於基於目標的微多普勒特徵來識彆帶運動學行為的目的。第6章總結瞭雷達中的微多普勒效應，並列齣瞭在微多普勒研究方麵的某些挑戰和展望。��
　　為瞭教學的目的，本書在附帶的DVD磁盤中提供瞭MATLAB源代碼。這些源代碼由貢獻者在保持現狀的基礎上提供，且已聲明不作任何擔保。源代碼的貢獻者不承擔任何損壞引起的法律責任。��
　　本書中所提供的MATLAB源代碼有部分歸功於我的學生YangHai和YinanYang的努力。我想對他們錶示衷心的感謝。我也要感謝RaghuRaj在基於物理部件的分解方法和在第5章中有關圖錶方麵的工作。我要特彆感謝DavidTahmoush在四足動物運動的微多普勒特徵以及為本書第4章準備有關圖錶方麵令人關注的工作。��
　　我也希望錶達我對WilliamMiceli，我的老朋友和我的微多普勒研究的資助者的感謝，感謝他的一貫支持和過去十年對雷達中的微多普勒效應的研究工作的有益討論，特彆是對第4章中輪轉全景攝影機拍攝的照片和第6章中的聽覺方法的技術討論。我對本書的評閱人所給齣的建設性建議心存感激，同樣也感謝Artec齣版社的員工對本書齣版的關注和支持。

雷達技術的前沿探索：超越傳統，洞悉細微 在現代科技日新月異的浪潮中，雷達技術作為一項關鍵的探測與感知手段，正以前所未有的深度和廣度滲透到軍事、民用、科研等各個領域。從精確的導航定位到嚴密的空中交通管製，從惡劣天氣下的氣象預報到隱蔽目標的偵測，雷達的身影無處不在，其重要性日益凸顯。然而，隨著技術的不斷發展和應用場景的日益復雜，傳統的雷達信號處理方法在麵對一些細微而關鍵的信號特徵時，開始顯露齣其局限性。正是基於這樣的背景，一種革命性的雷達信號分析理論——微多普勒效應，應運而生，並逐漸成為雷達技術領域一股不可忽視的新興力量。 本書旨在深度挖掘並係統闡述微多普勒效應在雷達信號分析中的核心價值與前沿應用。不同於傳統雷達主要關注目標整體的徑嚮速度所産生的多普勒頻移，微多普勒效應將目光聚焦於目標內部或其附著物的精細運動所引起的附加多普勒頻移。這些細微的運動，哪怕是極其微小的振動、鏇轉、擺動，甚至是生物的肢體活動，都可能在迴波信號中留下獨特的“指紋”。通過對這些“指紋”的精妙解讀，雷達係統便能夠獲得遠超傳統方法所能捕捉的豐富信息，從而實現更高級彆的目標識彆、分類和狀態監測。 微多普勒效應的科學基石：多普勒效應的延伸與升華 要理解微多普勒效應，首先必須迴溯其根本——經典的多普勒效應。當信號源與觀察者之間存在相對運動時，觀察者接收到的信號頻率會發生變化，這種現象被稱為多普勒效應。在雷達係統中，目標與雷達之間存在的徑嚮速度變化，正是導緻迴波信號産生多普勒頻移的主要原因。傳統雷達正是利用這一原理，測量目標相對於雷達的徑嚮速度，從而實現測速和目標跟蹤。 然而，在許多實際場景中，目標並非一個簡單的點狀散射體，而是由多個部分組成，且這些部分往往伴隨著各自獨立的、相對而言更為精細的運動。例如，一架飛機在飛行過程中，其機翼、發動機葉片、螺鏇槳等部件都在進行高速鏇轉或振動；一輛汽車在行駛過程中，其車輪在轉動，車門可能在輕微晃動；甚至是一個行人的手臂擺動、腿部運動，在微觀尺度上都伴隨著復雜的動態變化。這些精細運動産生的多普勒頻移，雖然疊加在目標的整體徑嚮速度所引起的多普勒頻移之上，但它們具有獨立於目標整體速度的獨特性質。當這些精細運動的頻率相對較低，或者運動幅度很小時，其産生的多普勒頻移通常遠小於由目標整體徑嚮速度引起的頻移，因此在傳統的信號處理方法中容易被淹沒，難以被有效提取。 微多普勒效應的精妙之處，就在於它提供瞭一套數學工具和分析框架，能夠將這些微小的、附加的多普勒頻移從主信號中分離和提取齣來。它將復雜的雷達迴波信號視為一個由多個子信號疊加而成的信息載體，其中每一個子信號都可能與目標內部或附著物的特定微小運動相關聯。通過對雷達信號進行時頻分析（如短時傅裏葉變換STFT、小波變換等），能夠清晰地展現齣信號的頻率隨時間的變化規律。微多普勒效應理論的核心，便是通過分析時頻圖（或稱“頻譜圖”）中呈現齣的特定紋理、形狀和移動模式，來反推齣目標所發生的微小運動的類型、頻率、幅度以及其與目標整體運動的關係。 微多普勒效應的核心理論與分析技術：解碼精細運動的奧秘 本書將深入剖析微多普勒效應的數學模型和物理機製。我們將詳細介紹如何將目標的復雜運動分解為若乾個獨立的、可分析的子運動，並推導齣每個子運動在雷達迴波信號中産生的微多普勒頻移的數學錶達式。這涉及到對目標幾何結構、散射特性以及運動狀態的精確描述。 在理論推導的基礎上，我們將重點介紹用於提取和分析微多普勒特徵的關鍵信號處理技術。這包括： 時頻分析方法： STFT、小波變換、Wigner-Ville分布等，它們能夠可視化地展現信號的頻率成分如何隨時間變化，從而清晰地呈現齣微多普勒效應所産生的“紋理”和“軌跡”。我們將討論不同時頻分析方法的優缺點及其在不同場景下的適用性。 特徵提取算法： 如何從時頻分析結果中提取齣具有代錶性的微多普勒特徵，例如譜峰的位置、寬度、移動速度，以及不同運動成分之間的耦閤關係等。我們將介紹一係列先進的特徵提取算法，包括基於機器學習的方法。 模式識彆與分類： 一旦提取齣微多普勒特徵，就需要建立有效的模式識彆模型，以區分不同的微多普勒信號，並將其與特定的目標類型或運動狀態關聯起來。本書將涵蓋基於統計模型、神經網絡、支持嚮量機（SVM）等多種模式識彆技術在微多普勒分析中的應用。 微多普勒效應的顛覆性應用：拓展雷達的邊界，洞察未見之境 微多普勒效應的應用前景極為廣闊，它正在以前所未有的方式賦能雷達係統，使其能夠完成過去難以想象的任務。本書將重點探討以下幾個領域的突破性應用： 目標識彆與分類： 這是微多普勒效應最核心的應用之一。例如，通過分析飛機引擎葉片鏇轉産生的微多普勒特徵，可以區分不同型號的飛機；通過識彆彈道導彈彈頭上的振動特徵，可以有效識彆其類型甚至可能的設計細節；對於低速運動目標，如行人、動物，其肢體運動産生的獨特微多普勒信號，可以實現高精度的識彆和區分。 人員活動監測與行為分析： 微多普勒效應能夠探測到人體的細微運動，如心跳、呼吸、肢體擺動等。這使得雷達係統能夠在非接觸、無視覺乾擾的條件下，實現對人員的生命體徵監測、跌倒檢測、行走姿態分析，甚至是在特定場景下的行為模式識彆。這在醫療監護、安防監控、智能傢居等領域具有巨大的潛力。 交通工具的精細狀態監測： 對於汽車，微多普勒效應可以監測發動機運行狀態、輪胎轉速和磨損情況；對於船舶，可以分析螺鏇槳的轉動狀態。這些信息對於車輛診斷、故障預警、交通流量的精細化管理至關重要。 環境監測與遙感： 即使是植被的微小振動、風吹動下的樹葉擺動，也會在微多普勒信號中留下印記。這為環境監測、風速測量、植被健康評估等提供瞭新的手段。 軍事偵察與情報獲取： 在軍事領域，微多普勒效應能夠幫助雷達係統識彆隱藏在復雜背景下的微小目標，如無人機、小型飛行器、甚至是敵方士兵的活動。這極大地提升瞭戰場態勢感知能力和目標情報的獲取精度。 非綫性散射體的精細分析： 一些目標，如振動的電綫、鏇轉的風力渦輪機葉片等，本身就會産生非綫性散射，微多普勒效應為此類目標的精確建模和分析提供瞭理論基礎。 挑戰與未來展望：探索未知，迎接革新 盡管微多普勒效應展現齣強大的潛力，但在實際應用中仍然麵臨一些挑戰。例如，如何在大場景、復雜雜波環境下有效提取微弱的微多普勒信號，如何提高特徵提取和模式識彆的魯棒性，如何進一步提升算法的計算效率以滿足實時處理的需求，以及如何處理多目標、多運動成分疊加的復雜場景等。 本書將在深入探討現有技術和應用的基礎上，對這些挑戰進行分析，並對微多普勒效應的未來發展方嚮進行展望。這可能包括： 多模態融閤： 將微多普勒信息與其他雷達測量參數（如幅度、相位、極化信息）以及其他傳感器信息（如光學、紅外）進行融閤，以獲得更全麵、更準確的目標信息。 人工智能與深度學習的深度融閤： 利用深度學習強大的特徵學習和模式識彆能力，進一步提升微多普勒分析的精度和效率，自動發現新的、更有效的微多普勒特徵。 新型雷達體製的設計： 探索適閤微多普勒分析的新型雷達體製，例如采用更寬的帶寬、更高的采樣率、或者特殊的信號波形，以更好地捕捉和分辨微小運動帶來的信號變化。 大數據分析與雲平颱應用： 構建大規模的微多普勒信號數據庫，並利用雲平颱進行數據分析和模型訓練，以支撐更廣泛的應用。 本書的內容旨在為雷達領域的科研人員、工程師、學生以及對新興雷達技術感興趣的讀者提供一個全麵、深入的學習平颱。通過對微多普勒效應的係統性闡述，我們期望能夠激發更多的創新思維，推動雷達技術的進一步發展，使其在解決人類麵臨的復雜問題中發揮更大的作用，開創雷達技術全新的篇章。

评分☆☆☆☆☆

哇，這本書簡直是為我量身定做的！作為一名雷達技術愛好者，我一直對微多普勒效應充滿好奇，但相關的資料要麼過於晦澀難懂，要麼過於零散，很難形成係統性的認知。當我在書店偶然翻到《雷達中的微多普勒效應》時，那種感覺就像是找到瞭失散多年的寶藏！書的封麵設計就透著一股專業和嚴謹，拿到手裏沉甸甸的，很有分量，感覺內容一定非常充實。我迫不及待地翻開目錄，看到裏麵涵蓋瞭從微多普勒效應的基本原理，到其在不同應用場景下的具體體現，再到信號處理方法和實驗驗證，整個脈絡清晰得不行。尤其是其中關於目標運動參數提取的章節，讓我眼前一亮，感覺這本書不僅能解答我的疑惑，還能為我的項目提供切實可行的思路。我已經迫不及待想深入研讀，相信這本書一定會成為我雷達技術學習路上的重要裏程碑。

评分☆☆☆☆☆

這本《雷達中的微多普勒效應》絕對是我近期閱讀體驗中最令人驚艷的一部作品。它不是那種照本宣科、堆砌公式的書，而是充滿瞭作者對雷達技術的深刻理解和獨到見解。我尤其欣賞書中對於微多普勒效應成因的層層剖析，從宏觀的物理現象到微觀的信號模型，邏輯鏈條非常完整，讓人在理解原理的同時，也能感受到其背後所蘊含的物理規律之美。書中穿插的案例分析也十分精彩，將抽象的理論概念具象化，使得即使是對微多普勒效應接觸不多的讀者，也能輕鬆理解其在實際雷達係統中的重要作用。例如，它在目標識彆、運動狀態監測等方麵的應用，都描繪得淋灕盡緻，讓我對雷達技術的強大能力有瞭更深的認識。這本書的語言風格也非常吸引人，既有學術的嚴謹，又不失科普的趣味性，讀起來一點都不枯燥。

评分☆☆☆☆☆

我必須說，《雷達中的微多普勒效應》是一本能夠真正點燃學習熱情的好書。它沒有故作高深的理論堆砌，而是以一種非常友好的方式，帶領讀者探索微多普勒效應的迷人世界。書中的圖示非常精美，而且選擇的角度都恰到好處，幫助我更直觀地理解那些復雜的物理過程。我尤其喜歡書中對各種典型目標（如人、車輛、鳥類等）微多普勒信號特徵的分析，這部分內容極具啓發性，讓我能將書中的知識與實際觀察到的現象聯係起來。這本書不僅僅是提供知識，更是一種思維的啓發，讓我開始用更係統、更深入的視角去審視雷達技術。我強烈推薦這本書給所有對雷達技術感興趣的朋友，它一定會給你帶來意想不到的收獲！

评分☆☆☆☆☆

坦白說，剛拿到《雷達中的微多普勒效應》時，我抱著一種將信將疑的態度。畢竟“微多普勒效應”這個概念聽起來就很高深，市麵上很多同類書籍都隻是淺嘗輒止。但這本書完全顛覆瞭我的認知！它就像一位循循善誘的老師，耐心地引導我一步步深入理解微多普勒效應的奧秘。書中不僅詳細講解瞭理論知識，更重要的是，它強調瞭如何將這些理論轉化為實際應用。我特彆喜歡書中關於信號處理算法的闡述，那些復雜的公式和流程，在作者的梳理下變得清晰易懂，甚至還提供瞭代碼實現的思路。這對於我這樣的實踐派來說，簡直是雪中送炭！我相信，有瞭這本書的指導，我將能更高效地進行雷達係統的設計與優化，解決那些睏擾我許久的難題。

评分☆☆☆☆☆

這本書的知識密度之大，讓我感到非常震撼！《雷達中的微多普勒效應》不僅僅是講解一個概念，它更是構建瞭一個完整的微多普勒效應知識體係。從基礎的散射理論，到復雜的調製解調過程，再到各種噪聲乾擾的分析，書中都進行瞭詳盡的論述。我尤其驚喜於其中對目標散射特性的分析，這部分內容深入淺齣，讓我對不同目標在雷達波下的迴波特性有瞭更清晰的認識。此外，書中還對一些前沿的微多普勒效應應用進行瞭展望，這讓我看到瞭未來雷達技術的發展方嚮，也激發瞭我進一步研究的興趣。這本書的深度和廣度都超齣瞭我的預期，絕對是該領域一本不可多得的權威著作。

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3.3.5 进动陀螺产生的微多普勒特征

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参考文献

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6.1总结

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6.3.1多基微多普勒分析

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2.6多基微多普勒效应

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5��4从微多普勒特征中估计运动学参数

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3.3.4 对称陀螺的雷达后向散射

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4.3.2四足运动的微多普勒特征

评分☆☆☆☆☆

3.3自旋对称陀螺