現代雷達系統分析與設計

《現代雷達系統分析與設計》是2016年西安電子科技大學出版社出版的圖書，作者是陳伯孝。

基本介紹

• 書名：現代雷達系統分析與設計
• 作者：陳伯孝
• ISBN：978-7-5606-2907-0
• 定價：46.75元
• 出版社：西安電子科技大學出版社
• 出版時間：2016-03

內容簡介

本書系統地講述了現代雷達系統分析與設計的全過程，涵蓋雷達原理與雷達系統兩部分內容。

全書共12章。書中以雷達系統為主線，主要介紹雷達信號設計、雷達常用的信號處理方法，以及雜波抑制、干擾抑制方法，還介紹了從雷達信號檢測到參數測量與跟蹤等方面的基本理論和實踐技能與關鍵技術，並提供了一些非常經典的MATLAB程式，以便於讀者理解和實踐套用。 最後給出了幾個典型的雷達系統設計案例。

本書內容新穎，系統性強，理論聯繫實際，突出工程實踐和套用，既可以作為高等學校電子工程相關專業研究生和高年級本科生的雷達課程教材或參考書，又可以幫助雷達工程技術人員掌握雷達系統的分析和設計方法，分析並解決有關實際問題。

目錄

第1章 緒論 1

1.1 雷達的發展概況 1

1.2 雷達工作原理與分類 2

1.2.1 基本組成 2

1.2.2 雷達分類 3

1.2.3 雷達的工作頻率 4

1.2.4 從雷達回波提取的目標位置信息 5

1.2.5 都卜勒頻率 5

1.3 雷達的主要戰術與技術指標 10

1.3.1 主要戰術指標 10

1.3.2 主要技術指標 13

1.4 雷達的生存與對抗 14

1.4.1 電子干擾與抗干擾技術 14

1.4.2 雷達抗反輻射飛彈技術 16

1.4.3 雷達反低空入侵技術 18

1.4.4 飛機隱身與雷達反隱身技術 19

第2章 雷達系統的基本知識 24

2.1 雷達系統的基本組成 24

2.2 雷達發射機 25

2.2.1 發射機的基本組成 25

2.2.2 發射機的主要性能指標 27

2.2.3 固態發射機 31

2.3 雷達接收機 32

2.3.1 接收機的基本組成 32

2.3.2 接收機的主要性能指標 34

2.3.3 接收機的增益控制 43

2.3.4 濾波和接收機頻寬 45

2.3.5 數字接收機 50

2.3.6 雷達接收機中A/D變換器的選取 50

2.4 天線 52

2.4.1 雷達對天線的要求 53

2.4.2 天線的主要類型 53

2.4.3 天線的主要性能指標 54

2.5 電波傳播 59

2.5.1 大氣層對電波傳播的影響 60

2.5.2 地面反射對電波傳播的影響 64

2.5.3 方向圖傳播因子 68

2.6 終端設備及其信息處理 71

2.6.1 雷達終端設備 71

2.6.2 雷達信息的錄取 73

2.6.3 其它參數的錄取 74

2.6.4 雷達數據處理 75

練習題 76

第3章 雷達方程 79

3.1 基本雷達方程 79

3.2 目標的散射截面積 (RCS) 83

3.2.1 RCS的定義 83

3.2.2 影響RCS的因素 85

3.2.3 RCS的計算 88

3.2.4 RCS的測量 91

3.2.5 目標起伏模型 93

3.3 系統損耗 97

3.3.1 傳輸和接收的損耗 97

3.3.2 天線波束形狀損耗 97

3.3.3 疊加損耗 98

3.3.4 信號處理損耗 99

3.4 存在干擾時的雷達方程 101

3.4.1 自衛式干擾(SSJ)下的雷達方程 102

3.4.2 遠方支持干擾(SOJ)下的雷達方程 103

3.4.3 干擾情況下的雷達距離縮減因子 104

3.5 雷達方程的幾種形式 105

3.5.1 雙基地雷達方程 105

3.5.2 搜尋雷達方程 107

3.5.3 低脈衝重複頻率的雷達方程 110

3.5.4 高脈衝重複頻率的雷達方程 111

3.6 本章的MATLAB程式 112

程式3.1 基本雷達方程的計算(radar_eq.m) 113

程式3.2 雙基地雷達方程的計算(shuangjidi_req.m) 113

程式3.3 搜尋雷達方程的計算(power_aperture.m) 113

程式3.4 低脈衝重複頻率雷達方程的計算(lprf_req.m) 113

程式3.5 高脈衝重複頻率雷達方程的計算(hprf_req.m) 114

練習題 114

第4章 雷達信號波形 116

4.1 雷達信號的數學表示與分類 116

4.1.1 雷達信號的數學表示 116

4.1.2 雷達信號的分類 119

4.2 模糊函式與雷達解析度 121

4.2.1 模糊函式的定義及其性質 121

4.2.2 雷達分辨理論 123

4.2.3 單載頻脈衝信號的模糊函式 126

4.3 線性與非線性調頻脈衝信號 131

4.3.1 線性調頻(LFM或Chirp)脈衝信號 132

4.3.2 非線性調頻脈衝信號 135

4.4 相位編碼脈衝信號 139

4.4.1 二相編碼信號及其特徵 139

4.4.2 巴克(Barker)碼 141

4.4.3 M序列編碼信號 143

4.5 相參脈衝串信號 145

4.6 步進頻率脈衝信號 149

4.6.1 步進頻率(跳頻)脈衝信號 149

4.6.2 調頻步進脈衝信號 152

4.7 正交波形 153

4.8 距離與都卜勒模糊 155

4.8.1 距離模糊及其消除方法 156

4.8.2 速度模糊及其消除方法 159

4.9 連續波信號與連續波雷達 161

4.9.1 線性調頻連續波雷達 162

4.9.2 多頻率連續波雷達 167

4.10 基於DDS的任意波形產生方法 167

4.10.1 DDS技術簡介 167

4.10.2 基於DDS的波形產生器的設計 168

4.11 MATLAB程式清單 171

程式4.1 單載頻矩形脈衝模糊函式的計算(af_sp.m) 171

程式4.2 單載頻高斯脈衝模糊函式的計算(af_guss.m) 172

程式4.3 線性調頻脈衝信號模糊函式的計算(af_lfm.m) 172

程式4.4 巴克碼序列的波形、 頻譜及模糊函式的計算(af_barker.m) 173

程式4.5 步進頻率脈衝信號模糊函式的計算(af_sfw.m) 174

練習題 175

第5章 雷達信號處理的基本方法 177

5.1 雷達信號處理的任務與分類 177

5.2 雷達回波信號模型 179

5.3 數字中頻正交採樣 180

5.3.1 模擬正交相干檢波器的不足 180

5.3.2 數字中頻正交採樣的原理 181

5.3.3 數字中頻正交採樣的實現方法 183

5.4 脈衝壓縮處理 188

5.4.1 線性調頻脈衝信號的壓縮處理 188

5.4.2 LFM信號的距離-都卜勒測不準原理 192

5.4.3 相位編碼信號的脈衝壓縮處理 193

5.4.4 相位編碼信號的都卜勒敏感性 196

5.4.5 LFM信號與相位編碼信號的比較 197

5.5 拉伸信號處理 198

5.6 步進頻率信號的合成處理 202

5.7 FFT在雷達信號處理中的套用 206

5.8 窗函式及其在雷達信號處理中的套用 206

5.9 多脈衝積累的處理方法 211

5.9.1 相干積累的處理方法 212

5.9.2 非相干積累的常用處理方法 212

5.10 MATLAB程式清單 217

程式5.1 線性調頻脈衝信號的脈壓程式(LTM_comp.m) 217

程式5.2 二相編碼脈衝信號的脈壓程式(PCM_comp.m) 217

程式5.3 Stretch信號的處理程式(stretch_lfm.m) 218

程式5.4 步進頻率脈衝綜合處理程式(SFW_HRR.m) 218

練習題 218

第6章 雜波與雜波抑制 220

6.1 概述 220

6.2 雷達雜波 221

6.2.1 面雜波 221

6.2.2 體雜波 226

6.2.3 雜波的統計特性 228

6.2.4 天線掃描引起的雜波功率譜展寬 232

6.3 MTI/MTD性能指標 233

6.3.1 雜波衰減和對消比 233

6.3.2 改善因子 233

6.3.3 雜波中的可見度 234

6.4 動目標顯示(MTI) 234

6.4.1 延遲線對消器 235

6.4.2 參差重複頻率 238

6.4.3 最佳化MTI濾波器 241

6.4.4 自適應MTI (AMTI) 246

6.4.5 MTI處理仿真實驗 248

6.5 動目標檢測(MTD) 249

6.5.1 MTI級聯FFT的濾波器組 250

6.5.2 最佳化MTD濾波器組 252

6.5.3 零都卜勒處理 256

6.5.4 自適應MTD (AMTD) 258

6.6 雜波自適應控制 260

6.6.1 雜波圖 260

6.6.2 雜波輪廓圖 261

6.7 本章MATLAB程式及函式清單 264

程式6.1 雜波RCS和CNR的計算(clutter_rcs.m) 264

程式6.2 二項式級數參差MTI濾波器的設計(cenci_MTI.m) 265

程式6.3 用特徵矢量法設計MTI濾波器(eig_MTI.m) 265

程式6.4 用零點分配法設計MTI濾波器(zero_MTI.m) 266

程式6.5 用FFT濾波器組設計MTD濾波器(fft_MTD.m) 266

程式6.6 點最佳MTD濾波器組的設計(point_MTD.m) 266

程式6.7 等間隔MTD濾波器組的設計(inter_MTD.m) 267

練習題 267

第7章 干擾與抗干擾技術 269

7.1 干擾的主要類型 269

7.2 遮蓋性干擾 271

7.2.1 遮蓋性干擾的分類 272

7.2.2 遮蓋性干擾的效果度量 273

7.2.3 噪聲干擾 274

7.3 欺騙性干擾 276

7.3.1 欺騙性干擾的分類 276

7.3.2 距離欺騙干擾 278

7.3.3 速度欺騙干擾 280

7.3.4 角度欺騙干擾 282

7.4 無源干擾 283

7.5 雷達抗干擾的主要措施 285

7.6 低副瓣、 超低副瓣天線技術 286

7.6.1 截獲因子與低截獲機率雷達 286

7.6.2 低副瓣、 超低副瓣天線技術 287

7.7 副瓣對消(SLC) 287

7.7.1 SLC的工作原理 287

7.7.2 SLC的主要類型 290

7.7.3 SLC的自適應權值計算方法 292

7.7.4 SLC的性能分析 294

7.8 旁瓣消隱(SLB) 296

7.8.1 SLB的工作原理 296

7.8.2 SLB的性能分析 297

7.9 頻率捷變 298

7.9.1 頻率捷變技術的發展 298

7.9.2 自適應頻率捷變技術 298

7.10 基於譜特徵的箔條幹擾識別方法 299

7.10.1 箔條幹擾實測數據的頻譜特徵 299

7.10.2 箔條幹擾識別方法 300

練習題 302

第8章 雷達信號檢測 304

8.1 基本檢測過程 304

8.2 雷達信號的最佳檢測 307

8.2.1 噪聲環境下的信號檢測 307

8.2.2 虛警機率 309

8.2.3 檢測機率 310

8.2.4 信號幅度起伏的檢測性能 313

8.3 脈衝積累的檢測性能 314

8.3.1 相干積累的檢測性能 314

8.3.2 非相干積累的檢測性能 314

8.3.3 相干積累與非相干積累的性能比較 315

8.3.4 積累損失 317

8.3.5 起伏脈衝串的檢測性能 320

8.4 二進制積累 324

8.4.1 二進制積累器的工作原理 324

8.4.2 二進制積累器的檢測性能 325

8.4.3 幾種常用的二進制檢測器 326

8.4.4 二進制積累的優缺點 328

8.5 自動檢測——恆虛警率處理 329

8.5.1 單元平均CFAR 329

8.5.2 其它幾種ML類CFAA 331

8.5.3 幾種ML類CFAR的性能比較 333

8.6 計算檢測性能的MATLAB程式 335

程式8.1 非相干積累改善因子的計算(improv_fac.m) 335

程式8.2 用Parl數值積分方法計算檢測機率(marcumsq.m) 336

程式8.3 不完全Gamma函式的計算(incomplete_gamma.m) 336

程式8.4 Swerling目標檢測性能的計算(pd_swerling.m) 338

程式8.5 檢測機率與單個脈衝信噪比的關係(Fig8.7.m) 340

程式8.6 計算信號幅度服從瑞利分布的檢測性能(Fig8.9.m) 340

程式8.7 SwerlingⅤ型目標檢測性能的計算(Fig8.14.m) 340

程式8.8 SwerlingⅠ型目標檢測性能的計算(Fig8.15a.m) 341

練習題 341

第9章 參數測量與跟蹤雷達 343

9.1 概述 343

9.2 雷達測量基礎 344

9.2.1 雷達測量的基本物理量 344

9.2.2 雷達測量的理論精度 346

9.2.3 基本測量過程 350

9.3 角度測量與跟蹤 351

9.3.1 圓錐掃描法測角 352

9.3.2 比幅單脈衝 354

9.3.3 比相單脈衝 358

9.4 距離測量與跟蹤 359

9.4.1 單個脈衝的最佳估算器 360

9.4.2 脈衝串測距 361

9.4.3 分裂波門法測距 361

9.5 都卜勒測量 363

9.5.1 對單個脈衝或採樣的都卜勒測量 364

9.5.2 對脈衝串的都卜勒測量 364

9.5.3 連續波雷達都卜勒頻率的測量 367

9.6 多目標跟蹤 367

9.6.1 邊掃描邊跟蹤雷達 367

9.6.2 固定增益跟蹤濾波器 369

9.6.3 卡爾曼濾波器 375

9.6.4 αβγ濾波器與卡爾曼濾波器之間的關係 377

9.7 MATLAB程式和函式列表 379

程式9.1 單脈衝測量的仿真(mono_pulse.m) 379

程式9.2 αβγ濾波器的仿真(ghk_tracker.m) 380

程式9.3 卡爾曼濾波器的仿真(kalman_filter.m) 380

程式9.4 αβγ濾波器的計算實例 381

程式9.5 卡爾曼濾波器的計算實例 381

本章附錄 噪聲背景下的最佳估計 382

練習題 389

第10章 相控陣雷達與數字陣列雷達 391

10.1 近場和遠場 391

10.2 相控陣天線的基本原理 392

10.2.1 線陣天線的方向圖函式 392

10.2.2 平面陣列天線的原理與特性 399

10.2.3 圓環陣列 404

10.3 相控陣雷達系統的組成與特點及性能指標 405

10.3.1 相控陣雷達系統的基本組成 405

10.3.2 相控陣雷達的分類 406

10.3.3 移相器的基本原理及主要要求 407

10.3.4 相控陣雷達的特點 409

10.3.5 相控陣雷達作用距離的計算 411

10.4 數字波束形成(DBF) 414

10.4.1 DBF的原理 414

10.4.2 利用DFT/FFT進行DBF 416

10.4.3 信噪比的改善 417

10.5 陣列天線的自適應信號處理 418

10.5.1 自適應數字波束形成(ADBF) 418

10.5.2 自適應波束形成最佳權向量準則 419

10.5.3 ADBF的仿真 422

10.5.4 陣列天線的SLC 425

10.6 數字陣列雷達 428

10.6.1 數字陣列雷達的工作模式簡介 428

10.6.2 數字陣列雷達的基本概念 428

10.6.3 兩維數字陣列雷達的數字單脈衝測角過程 430

10.6.4 數字陣列雷達基於窗函式的單脈衝測角方法 432

10.6.5 數字陣列雷達的優勢 436

10.7 MATLAB程式清單 437

程式10.1 線性陣列歸一化方向圖的計算(line_array.m) 437

程式10.2 平面陣的三維天線方向圖的計算(rect_arry.m) 437

程式10.3 基於MMSE準則的自適應旁瓣對消(MMSE.m) 437

程式10.4 基於MSNR準則的自適應方向圖的計算(MSNR.m) 438

程式10.5 基於LCMV準則的自適應方向圖的計算(LCMV.m) 439

練習題 439

第11章 雷達成像技術 441

11.1 合成孔徑 441

11.2 合成孔徑二維分辨原理 444

11.2.1 距離解析度 444

11.2.2 方位解析度 444

11.3 合成孔徑雷達成像 447

11.3.1 SAR成像原理 447

11.3.2 幾何失真 448

11.3.3 成像性能指標 450

11.3.4 成像模式 451

11.4 SAR成像算法 453

11.4.1 距離徙動和距離徙動差 453

11.4.2 距離-都卜勒(R-D)成像算法 454

11.4.3 頻域校正距離彎曲的距離-都卜勒成像算法 456

11.4.4 調頻變標算法 461

11.4.5 解調頻算法 464

11.5 單脈衝雷達三維成像 467

11.5.1 單脈衝雷達三維成像基本原理 468

11.5.2 目標姿態變化對三維成像的影響 469

11.5.3 計算機仿真 471

11.5.4 單脈衝成像的套用前景 472

本章附錄 駐相點原理 472

第12章 雷達系統設計案例 474

12.1 雷達系統設計的一般流程 474

12.2 某地面制導雷達系統設計 474

12.3 某末制導雷達系統設計 479

12.4 某陣列雷達信號處理 490

附錄 雷達中無處不在的分貝 495

參考文獻 498