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现代雷达系统分析与设计 (陈伯孝)

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标签: 雷达

雷达

本书系统地讲述了现代雷达系统分析与设计的全过程,涵盖雷达原理与雷达系统两部分内容。

全书共12章。书中以雷达系统为主线,主要介绍雷达信号设计、雷达常用的信号处理方法,以及杂波抑制、干扰抑制方法,还介绍了从雷达信号检测到参数测量与跟踪等方面的基本理论和实践技能与关键技术,并提供了一些非常经典的MATLAB程序,以便于读者理解和实践应用。  最后给出了几个典型的雷达系统设计案例。

本书内容新颖,系统性强,理论联系实际,突出工程实践和应用,既可以作为高等学校电子工程相关专业研究生和高年级本科生的雷达课程教材或参考书,又可以帮助雷达工程技术人员掌握雷达系统的分析和设计方法,分析并解决有关实际问题。

第1章  绪论  1

1.1  雷达的发展概况  1

1.2  雷达工作原理与分类  2

1.2.1  基本组成  2

1.2.2  雷达分类  3

1.2.3  雷达的工作频率  4

1.2.4  从雷达回波提取的目标位置信息  5

1.2.5  多普勒频率  5

1.3  雷达的主要战术与技术指标  10

1.3.1  主要战术指标  10

1.3.2  主要技术指标  13

1.4  雷达的生存与对抗  14

1.4.1  电子干扰与抗干扰技术  14

1.4.2  雷达抗反辐射导弹技术  16

1.4.3  雷达反低空入侵技术  18

1.4.4  飞机隐身与雷达反隐身技术  19

第2章  雷达系统的基本知识  24

2.1  雷达系统的基本组成  24

2.2  雷达发射机  25

2.2.1  发射机的基本组成  25

2.2.2  发射机的主要性能指标  27

2.2.3  固态发射机  31

2.3  雷达接收机  32

2.3.1  接收机的基本组成  32

2.3.2  接收机的主要性能指标  34

2.3.3  接收机的增益控制  43

2.3.4  滤波和接收机带宽  45

2.3.5  数字接收机  50

2.3.6  雷达接收机中A/D变换器的选取  50

2.4  天线  52

2.4.1  雷达对天线的要求  53

2.4.2  天线的主要类型  53

2.4.3  天线的主要性能指标  54

2.5  电波传播  59

2.5.1  大气层对电波传播的影响  60

2.5.2  地面反射对电波传播的影响  64

2.5.3  方向图传播因子  68

2.6  终端设备及其信息处理  71

2.6.1  雷达终端设备  71

2.6.2  雷达信息的录取  73

2.6.3  其它参数的录取  74

2.6.4  雷达数据处理  75

练习题  76  [1] 

第3章  雷达方程  79

3.1  基本雷达方程  79

3.2  目标的散射截面积  (RCS)  83

3.2.1  RCS的定义  83

3.2.2  影响RCS的因素  85

3.2.3  RCS的计算  88

3.2.4  RCS的测量  91

3.2.5  目标起伏模型  93

3.3  系统损耗  97

3.3.1  传输和接收的损耗  97

3.3.2  天线波束形状损耗  97

3.3.3  叠加损耗  98

3.3.4  信号处理损耗  99

3.4  存在干扰时的雷达方程  101

3.4.1  自卫式干扰(SSJ)下的雷达方程  102

3.4.2  远方支持干扰(SOJ)下的雷达方程  103

3.4.3  干扰情况下的雷达距离缩减因子  104

3.5  雷达方程的几种形式  105

3.5.1  双基地雷达方程  105

3.5.2  搜索雷达方程  107

3.5.3  低脉冲重复频率的雷达方程  110

3.5.4  高脉冲重复频率的雷达方程  111

3.6  本章的MATLAB程序  112

程序3.1  基本雷达方程的计算(radar_eq.m)  113

程序3.2  双基地雷达方程的计算(shuangjidi_req.m)  113

程序3.3  搜索雷达方程的计算(power_aperture.m)  113

程序3.4  低脉冲重复频率雷达方程的计算(lprf_req.m)  113

程序3.5  高脉冲重复频率雷达方程的计算(hprf_req.m)  114

练习题  114

第4章  雷达信号波形  116

4.1  雷达信号的数学表示与分类  116

4.1.1  雷达信号的数学表示  116

4.1.2  雷达信号的分类  119

4.2  模糊函数与雷达分辨率  121

4.2.1  模糊函数的定义及其性质  121

4.2.2  雷达分辨理论  123

4.2.3  单载频脉冲信号的模糊函数  126

4.3  线性与非线性调频脉冲信号  131

4.3.1  线性调频(LFM或Chirp)脉冲信号  132

4.3.2  非线性调频脉冲信号  135  [1] 

4.4  相位编码脉冲信号  139

4.4.1  二相编码信号及其特征  139

4.4.2  巴克(Barker)码  141

4.4.3  M序列编码信号  143

4.5  相参脉冲串信号  145

4.6  步进频率脉冲信号  149

4.6.1  步进频率(跳频)脉冲信号  149

4.6.2  调频步进脉冲信号  152

4.7  正交波形  153

4.8  距离与多普勒模糊  155

4.8.1  距离模糊及其消除方法  156

4.8.2  速度模糊及其消除方法  159

4.9  连续波信号与连续波雷达  161

4.9.1  线性调频连续波雷达  162

4.9.2  多频率连续波雷达  167

4.10  基于DDS的任意波形产生方法  167

4.10.1  DDS技术简介  167

4.10.2  基于DDS的波形产生器的设计  168

4.11  MATLAB程序清单  171

程序4.1  单载频矩形脉冲模糊函数的计算(af_sp.m)  171

程序4.2  单载频高斯脉冲模糊函数的计算(af_guss.m)  172

程序4.3  线性调频脉冲信号模糊函数的计算(af_lfm.m)  172

程序4.4  巴克码序列的波形、  频谱及模糊函数的计算(af_barker.m)  173

程序4.5  步进频率脉冲信号模糊函数的计算(af_sfw.m)  174

练习题  175

第5章  雷达信号处理的基本方法  177

5.1  雷达信号处理的任务与分类  177

5.2  雷达回波信号模型  179

5.3  数字中频正交采样  180

5.3.1  模拟正交相干检波器的不足  180

5.3.2  数字中频正交采样的原理  181

5.3.3  数字中频正交采样的实现方法  183

5.4  脉冲压缩处理  188

5.4.1  线性调频脉冲信号的压缩处理  188

5.4.2  LFM信号的距离-多普勒测不准原理  192

5.4.3  相位编码信号的脉冲压缩处理  193

5.4.4  相位编码信号的多普勒敏感性  196

5.4.5  LFM信号与相位编码信号的比较  197

5.5  拉伸信号处理  198

5.6  步进频率信号的合成处理  202  [1] 

5.7  FFT在雷达信号处理中的应用  206

5.8  窗函数及其在雷达信号处理中的应用  206

5.9  多脉冲积累的处理方法  211

5.9.1  相干积累的处理方法  212

5.9.2  非相干积累的常用处理方法  212

5.10  MATLAB程序清单  217

程序5.1  线性调频脉冲信号的脉压程序(LTM_comp.m)  217

程序5.2  二相编码脉冲信号的脉压程序(PCM_comp.m)  217

程序5.3  Stretch信号的处理程序(stretch_lfm.m)  218

程序5.4  步进频率脉冲综合处理程序(SFW_HRR.m)  218

练习题  218

第6章  杂波与杂波抑制  220

6.1  概述  220

6.2  雷达杂波  221

6.2.1  面杂波  221

6.2.2  体杂波  226

6.2.3  杂波的统计特性  228

6.2.4  天线扫描引起的杂波功率谱展宽  232

6.3  MTI/MTD性能指标  233

6.3.1  杂波衰减和对消比  233

6.3.2  改善因子  233

6.3.3  杂波中的可见度  234

6.4  动目标显示(MTI)  234

6.4.1  延迟线对消器  235

6.4.2  参差重复频率  238

6.4.3  优化MTI滤波器  241

6.4.4  自适应MTI  (AMTI)  246

6.4.5  MTI处理仿真实验  248

6.5  动目标检测(MTD)  249

6.5.1  MTI级联FFT的滤波器组  250

6.5.2  优化MTD滤波器组  252

6.5.3  零多普勒处理  256

6.5.4  自适应MTD  (AMTD)  258

6.6  杂波自适应控制  260

6.6.1  杂波图  260

6.6.2  杂波轮廓图  261

6.7  本章MATLAB程序及函数清单  264

程序6.1  杂波RCS和CNR的计算(clutter_rcs.m)  264

程序6.2  二项式级数参差MTI滤波器的设计(cenci_MTI.m)  265

程序6.3  用特征矢量法设计MTI滤波器(eig_MTI.m)  265  [1] 

程序6.4  用零点分配法设计MTI滤波器(zero_MTI.m)  266

程序6.5  用FFT滤波器组设计MTD滤波器(fft_MTD.m)  266

程序6.6  点最佳MTD滤波器组的设计(point_MTD.m)  266

程序6.7  等间隔MTD滤波器组的设计(inter_MTD.m)  267

练习题  267

第7章  干扰与抗干扰技术  269

7.1  干扰的主要类型  269

7.2  遮盖性干扰  271

7.2.1  遮盖性干扰的分类  272

7.2.2  遮盖性干扰的效果度量  273

7.2.3  噪声干扰  274

7.3  欺骗性干扰  276

7.3.1  欺骗性干扰的分类  276

7.3.2  距离欺骗干扰  278

7.3.3  速度欺骗干扰  280

7.3.4  角度欺骗干扰  282

7.4  无源干扰  283

7.5  雷达抗干扰的主要措施  285

7.6  低副瓣、  超低副瓣天线技术  286

7.6.1  截获因子与低截获概率雷达  286

7.6.2  低副瓣、  超低副瓣天线技术  287

7.7  副瓣对消(SLC)  287

7.7.1  SLC的工作原理  287

7.7.2  SLC的主要类型  290

7.7.3  SLC的自适应权值计算方法  292

7.7.4  SLC的性能分析  294

7.8  旁瓣消隐(SLB)  296

7.8.1  SLB的工作原理  296

7.8.2  SLB的性能分析  297

7.9  频率捷变  298

7.9.1  频率捷变技术的发展  298

7.9.2  自适应频率捷变技术  298

7.10  基于谱特征的箔条干扰识别方法  299

7.10.1  箔条干扰实测数据的频谱特征  299

7.10.2  箔条干扰识别方法  300

练习题  302

第8章  雷达信号检测  304

8.1  基本检测过程  304

8.2  雷达信号的最佳检测  307

8.2.1  噪声环境下的信号检测  307

8.2.2  虚警概率  309

8.2.3  检测概率  310

8.2.4  信号幅度起伏的检测性能  313  [1] 

8.3  脉冲积累的检测性能  314

8.3.1  相干积累的检测性能  314

8.3.2  非相干积累的检测性能  314

8.3.3  相干积累与非相干积累的性能比较  315

8.3.4  积累损失  317

8.3.5  起伏脉冲串的检测性能  320

8.4  二进制积累  324

8.4.1  二进制积累器的工作原理  324

8.4.2  二进制积累器的检测性能  325

8.4.3  几种常用的二进制检测器  326

8.4.4  二进制积累的优缺点  328

8.5  自动检测——恒虚警率处理  329

8.5.1  单元平均CFAR  329

8.5.2  其它几种ML类CFAA  331

8.5.3  几种ML类CFAR的性能比较  333

8.6  计算检测性能的MATLAB程序  335

程序8.1  非相干积累改善因子的计算(improv_fac.m)  335

程序8.2  用Parl数值积分方法计算检测概率(marcumsq.m)  336

程序8.3  不完全Gamma函数的计算(incomplete_gamma.m)  336

程序8.4  Swerling目标检测性能的计算(pd_swerling.m)  338

程序8.5  检测概率与单个脉冲信噪比的关系(Fig8.7.m)  340

程序8.6  计算信号幅度服从瑞利分布的检测性能(Fig8.9.m)  340

程序8.7  SwerlingⅤ型目标检测性能的计算(Fig8.14.m)  340

程序8.8  SwerlingⅠ型目标检测性能的计算(Fig8.15a.m)  341

练习题  341

第9章  参数测量与跟踪雷达  343

9.1  概述  343

9.2  雷达测量基础  344

9.2.1  雷达测量的基本物理量  344

9.2.2  雷达测量的理论精度  346

9.2.3  基本测量过程  350

9.3  角度测量与跟踪  351

9.3.1  圆锥扫描法测角  352

9.3.2  比幅单脉冲  354

9.3.3  比相单脉冲  358

9.4  距离测量与跟踪  359

9.4.1  单个脉冲的最佳估算器  360

9.4.2  脉冲串测距  361

9.4.3  分裂波门法测距  361

9.5  多普勒测量  363

9.5.1  对单个脉冲或采样的多普勒测量  364

9.5.2  对脉冲串的多普勒测量  364

9.5.3  连续波雷达多普勒频率的测量  367  [1] 

9.6  多目标跟踪  367

9.6.1  边扫描边跟踪雷达  367

9.6.2  固定增益跟踪滤波器  369

9.6.3  卡尔曼滤波器  375

9.6.4  αβγ滤波器与卡尔曼滤波器之间的关系  377

9.7  MATLAB程序和函数列表  379

程序9.1  单脉冲测量的仿真(mono_pulse.m)  379

程序9.2  αβγ滤波器的仿真(ghk_tracker.m)  380

程序9.3  卡尔曼滤波器的仿真(kalman_filter.m)  380

程序9.4  αβγ滤波器的计算实例  381

程序9.5  卡尔曼滤波器的计算实例  381

本章附录  噪声背景下的最佳估计  382

练习题  389

第10章  相控阵雷达与数字阵列雷达  391

10.1  近场和远场  391

10.2  相控阵天线的基本原理  392

10.2.1  线阵天线的方向图函数  392

10.2.2  平面阵列天线的原理与特性  399

10.2.3  圆环阵列  404

10.3  相控阵雷达系统的组成与特点及性能指标  405

10.3.1  相控阵雷达系统的基本组成  405

10.3.2  相控阵雷达的分类  406

10.3.3  移相器的基本原理及主要要求  407

10.3.4  相控阵雷达的特点  409

10.3.5  相控阵雷达作用距离的计算  411

10.4  数字波束形成(DBF)  414

10.4.1  DBF的原理  414

10.4.2  利用DFT/FFT进行DBF  416

10.4.3  信噪比的改善  417

10.5  阵列天线的自适应信号处理  418

10.5.1  自适应数字波束形成(ADBF)  418

10.5.2  自适应波束形成最佳权向量准则  419

10.5.3  ADBF的仿真  422

10.5.4  阵列天线的SLC  425  [1] 

10.6  数字阵列雷达  428

10.6.1  数字阵列雷达的工作模式简介  428

10.6.2  数字阵列雷达的基本概念  428

10.6.3  两维数字阵列雷达的数字单脉冲测角过程  430

10.6.4  数字阵列雷达基于窗函数的单脉冲测角方法  432

10.6.5  数字阵列雷达的优势  436

10.7  MATLAB程序清单  437

程序10.1  线性阵列归一化方向图的计算(line_array.m)  437

程序10.2  平面阵的三维天线方向图的计算(rect_arry.m)  437

程序10.3  基于MMSE准则的自适应旁瓣对消(MMSE.m)  437

程序10.4  基于MSNR准则的自适应方向图的计算(MSNR.m)  438

程序10.5  基于LCMV准则的自适应方向图的计算(LCMV.m)  439

练习题  439

第11章  雷达成像技术  441

11.1  合成孔径  441

11.2  合成孔径二维分辨原理  444

11.2.1  距离分辨率  444

11.2.2  方位分辨率  444

11.3  合成孔径雷达成像  447

11.3.1  SAR成像原理  447

11.3.2  几何失真  448

11.3.3  成像性能指标  450

11.3.4  成像模式  451

11.4  SAR成像算法  453

11.4.1  距离徙动和距离徙动差  453

11.4.2  距离-多普勒(R-D)成像算法  454

11.4.3  频域校正距离弯曲的距离-多普勒成像算法  456

11.4.4  调频变标算法  461

11.4.5  解调频算法  464

11.5  单脉冲雷达三维成像  467

11.5.1  单脉冲雷达三维成像基本原理  468

11.5.2  目标姿态变化对三维成像的影响  469

11.5.3  计算机仿真  471

11.5.4  单脉冲成像的应用前景  472

本章附录  驻相点原理  472

第12章  雷达系统设计案例  474

12.1  雷达系统设计的一般流程  474

12.2  某地面制导雷达系统设计  474

12.3  某末制导雷达系统设计  479

12.4  某阵列雷达信号处理  490

附录  雷达中无处不在的分贝  495

参考文献  498

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