رادار شناختی: رویکرد کاملاً تطبیقی با کمک دانش (کتابخانه سنجش از دور آرتک هاوس)

رادار شناختی (Cognitive Radar) یکی از پیشرفته‌ترین مفاهیم در مهندسی رادار است که با الهام از سامانه‌های ادراکی زیستی، امکان تعامل هوشمندانه با محیط را فراهم می‌کند. کتاب «رادار شناختی: رویکرد کاملاً تطبیقی با کمک دانش» نوشتهٔ جوزف آر. گوئرسی، نخستین مرجع جامع در این حوزه است و مبانی نظری و کاربردهای عملی این فناوری نوین را با زبانی علمی و ساختاریافته ارائه می‌دهد.

دربارهٔ کتاب رادار شناختی: رویکرد کاملاً تطبیقی با کمک دانش (کتابخانه سنجش از دور آرتک هاوس)

کتاب «رادار شناختی: رویکرد کاملاً تطبیقی با کمک دانش» (Cognitive Radar: The Knowledge-aided Fully Adaptive Approach) اثری است از جوزف آر. گوئرسی که در سال ۲۰۱۰ توسط نشر «آرتک هاوس» (Artech House) در مجموعهٔ کتابخانهٔ رادار این ناشر منتشر شده است. این کتاب به‌عنوان نخستین منبع مستقل در زمینهٔ رادار شناختی، به معرفی و تشریح این حوزهٔ نوظهور می‌پردازد و پیشرفت‌های اساسی در سامانه‌های راداری پیشرفته را پوشش می‌دهد. رویکرد اصلی کتاب، ارائهٔ روش‌های قدرتمند برای مقابله با محیط‌های پُربازتاب و آشفته با استفاده از پردازش تطبیقی و بهره‌گیری از دانش پیشین است. مفاهیم محوری این اثر حول دو محور اصلی شکل گرفته‌اند: نخست، بهینه‌سازی هم‌زمان فرستنده و گیرنده برای بیشینه‌کردن نسبت سیگنال به نویز و کلاتر، و دوم، به‌کارگیری روش‌های مبتنی بر دانش (Knowledge-Aided) در پردازش سیگنال. گوئرسی در این کتاب با ارائهٔ مثال‌های عینی و متعدد، مفاهیم پیچیدهٔ ریاضی و الگوریتمی را برای مخاطب ملموس می‌سازد و معماری‌های محاسباتی با کارایی بالا و بلادرنگ (HPEC) را برای پیاده‌سازی این سامانه‌ها شرح می‌دهد. سبک نگارش کتاب، ترکیبی از دقت علمی یک مرجع تخصصی با رویکردی کاربردی است که آن را به منبعی ارزشمند برای پژوهشگران و مهندسان این حوزه تبدیل کرده است.

دربارهٔ نویسنده

جوزف آر. گوئرسی (Joseph R. Guerci) از چهره‌های برجسته و تأثیرگذار در زمینهٔ فناوری رادار و پردازش سیگنال است. او بیش از سه دهه سابقهٔ فعالیت در حوزهٔ پژوهش و توسعهٔ فناوری‌های پیشرفته در سطوح صنعتی، دانشگاهی و دولتی دارد. گوئرسی سابقهٔ مدیریت برنامه در آژانس پروژه‌های پژوهشی پیشرفتهٔ دفاعی آمریکا (DARPA) را در کارنامهٔ خود دارد و در این سمت، پروژهٔ مهم KASSPER را برای توسعهٔ معماری‌های محاسباتی مبتنی بر دانش هدایت کرده است. او به‌خاطر مشارکت‌های بنیادین در نظریهٔ رادار تطبیقی و تنوع شکل‌موج، به‌عنوان عضو ارشد و سپس همکار مؤسسهٔ مهندسان برق و الکترونیک (IEEE) برگزیده شده و نشان «وارن دی. وایت» این مؤسسه را در سال ۲۰۰۷ دریافت کرده است. گوئرسی همچنین مؤلف بیش از صد مقالهٔ فنی و دارندهٔ نشان «مدال دنیس جی. پیکارد» IEEE برای مشارکت در سامانه‌های رادار کاملاً تطبیقی و معماری‌های پردازش شناختی است.

چرا باید رادار شناختی: رویکرد کاملاً تطبیقی با کمک دانش (کتابخانه سنجش از دور آرتک هاوس) را بخوانید؟

• نخستین مرجع جامع حوزهٔ رادار شناختی: این کتاب به‌عنوان نخستین اثر منتشرشده در این زمینه، مبانی نظری و آخرین دستاوردهای علمی را به‌صورت منسجم گردآوری کرده است.
• ارائهٔ روش‌های نوین برای مقابله با نویز و کلاتر: با مطالعهٔ این کتاب، با روش‌های قدرتمند و جدیدی برای بهبود عملکرد رادار در محیط‌های آشفته و پیچیده آشنا می‌شوید.
• پوشش جامع الگوریتم‌ها و معماری‌های محاسباتی: کتاب جزئیات دقیقی دربارهٔ الگوریتم‌های خاص و معماری‌های رایانش با کارایی بالا (HPEC) برای پیاده‌سازی بلادرنگ سامانه‌های شناختی ارائه می‌دهد.
• مثال‌های کاربردی و معادلات فراوان: بیش از ۳۷۰ معادله و مثال‌های متعدد، درک مفاهیم پیشرفته را برای مخاطب تسهیل می‌کند.
• دیدگاهی جامع از بهینه‌سازی هم‌زمان فرستنده و گیرنده: برخلاف رویکردهای سنتی که تنها بر گیرنده متمرکز بودند، این کتاب به‌ینه‌سازی توأم را برای بیشینه‌کردن کارایی سامانه آموزش می‌دهد.

این کتاب برای چه کسانی مناسب است؟

این اثر برای طیف وسیعی از متخصصان و دانشجویان حوزهٔ مهندسی برق، مخابرات و رادار طراحی شده است. پژوهشگرانی که در زمینهٔ پردازش سیگنال تطبیقی، سامانه‌های چندورودی-چندخروجی (MIMO) و رادارهای هوشمند فعالیت می‌کنند، مخاطب اصلی این کتاب هستند. همچنین، مهندسان شاغل در صنایع دفاعی، هوافضا و سامانه‌های ناوبری که به‌دنبال درک و پیاده‌سازی فناوری‌های نسل جدید رادار می‌باشند، از مطالب کاربردی و مثال‌های عینی این کتاب بهره‌ی زیادی خواهند برد. با وجود سطح بالای مطالب، ساختار گام‌به‌گام کتاب، آن را برای دانشجویان تحصیلات تکمیلی و حتی کارشناسان علاقه‌مند به حوزهٔ فناوری‌های شناختی نیز قابل‌استفاده ساخته است.

سوالات متداول

تفاوت اصلی رادار شناختی با رادارهای تطبیقی سنتی در چیست؟

در رادارهای تطبیقی سنتی، فرایند تطبیق‌پذیری عمدتاً در بخش گیرنده انجام می‌شود. اما در رادار شناختی، هر دو بخش فرستنده و گیرنده به‌صورت هم‌زمان و با بهره‌گیری از آگاهی از زمینه و استدلال خبرگی، با محیط تعامل هوشمندانه دارند و عملکرد خود را بهینه می‌کنند.

آیا برای درک این کتاب نیاز به دانش ریاضی پیشرفته است؟

بله، این کتاب دارای سطح علمی پیشرفته و شامل بیش از ۳۷۰ معادله است. تسلط بر مبانی پردازش سیگنال، جبر خطی و تئوری احتمال برای درک کامل مطالب ضروری است، هرچند نویسنده با ارائهٔ مثال‌های متعدد، مفاهیم را تا حد امکان برای مخاطب شفاف‌سازی کرده است.

آیا این کتاب تنها به مباحث نظری پرداخته یا کاربردهای عملی را نیز پوشش می‌دهد؟

این کتاب تلفیقی از مبانی نظری و کاربردهای عملی است. نویسنده علاوه بر ارائهٔ چارچوب‌های ریاضی، به موضوعات کلیدی مانند معماری‌های رایانش بلادرنگ، الگوریتم‌های پیاده‌سازی و مثال‌هایی از بهینه‌سازی آشکارسازی اهداف ضعیف در محیط‌های تداخلی پیچیده می‌پردازد که رویکردی کاملاً کاربردی را دنبال می‌کند.

Cognitive radar (CR) refers to radar that is capable of interacting intelligently with its environment by adapting both its transmit and receive functions based on contextual awareness and expert reasoning. Chronicling the new field, this cutting-edge resource provides an accessible introduction to the theory and applications of CR, and presents a comprehensive overview of the latest developments in this emerging area. The first book on the subject, this unique volume covers important breakthroughs in advanced radar systems, and offers new and powerful methods for combating difficult clutter environments. Professionals find details on specific algorithmic and real-time high-performance embedded computing (HPEC) architectures. This practical book is supported with numerous examples that clarify key topics, and includes more than 370 equations. Cognitive Radar: The Knowledge-Aided Fully Adaptive Approach......Page 2 Contents......Page 6 Preface......Page 10 1.1 Why “Cognitive” Radar?......Page 14 1.2 Functional Elements and Characteristics of a Cognitive Radar Architecture......Page 15 1.2.1 Adaptive Transmit Capability......Page 18 1.2.2 Knowledge-Aided Processing......Page 24 1.3 Book Organization......Page 31 References......Page 32 2.1 Introduction......Page 36 2.2 Jointly Optimizing the Transmit and Receive Functions Case I: Maximizing SINR......Page 37 Example 2.1 Multipath Interference......Page 43 2.3 Jointly Optimizing the Transmit and Receive Functions Case II: Maximizing Signal-to-Clutter......Page 48 Example 2.2 Sidelobe Target Suppression: “Sidelobe Nulling on Transmit”......Page 50 Example 2.3 Optimal Pulse Shape for Maximizing SCR......Page 52 Example 2.4 Optimum Space-Time MIMO Processing for Clutter Suppression in Airborne MTI Radar......Page 55 2.4 Optimum MIMO Target Identification......Page 63 Example 2.5 Two-Target Identification Example......Page 66 2.5 Constrained Optimum MIMO Radar......Page 70 Example 2.7 Prenulling on Transmit......Page 72 Example 2.8 Relaxed Projection Example......Page 75 Example 2.9 Nonlinear FM (NLFM) to Achieve Constant Modulus......Page 78 Example 2.10 Matched Subspace Example......Page 85 Appendix 2.A: Infinite Duration (Steady State) Case......Page 87 References......Page 88 3.1 Introduction......Page 90 3.2 Transmit-Independent Channel Estimation......Page 91 Example 3.1 Adaptive Multipath Interference Mitigation......Page 92 Example 3.2 MIMO Cohere-on-Target......Page 94 3.4 Transmit-Dependent Channel Estimation......Page 97 Example 3.3 STAP-on-Transmit (STAP-Tx) Example......Page 98 Example 3.4 DDMA MIMO STAP Clutter Mitigation Example for GMTI Radar......Page 102 3.5 Theoretical Performance Bounds of the DDMA MIMOSTAP Approach......Page 105 References......Page 111 4.1 The Need for KA Radar......Page 114 4.2 Introduction to KA Radar: Back to “Bayes-ics”......Page 119 4.2.1 Indirect KA Radar: Intelligent Training and Filter Selection......Page 122 Example 4.1 Intelligent Filter Selection: Matching the Adaptive DoFs(ADoFs) to the Available Training Data......Page 124 4.2.2 Direct KA Radar: Bayesian Filtering and Data Prewhitening......Page 128 Example 4.2 Using Past Observations as a Prior Knowledge Source......Page 132 4.3 Real-Time KA Radar: The DARPA KASSPER Project......Page 136 4.3.1 Solution: Look-Ahead Scheduling......Page 138 Example 4.3 Balancing Throughput in a KASSPER HPEC Architecture......Page 142 4.3.2 Examples of a KA Architectures Developed by the DARPA/AFRL KASSPER Project......Page 145 4.4 KA Radar Epilogue......Page 154 References......Page 155 5.1 Cognitive Radar: The Fully Adaptive Knowledge-Aided Approach......Page 159 Example 5.1: A Cognitive Radar Architecture......Page 161 5.1.1 Informal Operational Narrative for a GMTI Radar......Page 163 5.2 Areas for Future Research and Development......Page 165 References......Page 166 About the Author......Page 168 Index......Page 170 Chronicling the new field of cognitive radar (CR), this cutting-edge resource provides an accessible introduction to the theory and applications of CR, and presents a comprehensive overview of the latest developments in this emerging area. The first book on the subject, Cognitive Radar covers important breakthroughs in advanced radar systems, and offers new and powerful methods for combating difficult clutter environments. You find details on specific algorithmic and real-time high-performance embedded computing (HPEC) architectures. This practical book is supported with numerous examples that clarify key topics, and includes more than 370 equations. Cognitive radar (CR) refers to radar that is capable of interacting intelligently with its environment by adapting both its transmit and receive functions based on contextual awareness and expert reasoning. This title provides an introduction to the theory and applications of CR, and presents an overview of the developments in this area.