目 录

及时部分 雷达原理

第1章 定义和术语 2

1.1 雷达系统的分类和波段 2

1.2 脉冲和连续波(CW)雷达 6

1.3 距离 7

1.4 距离分辨率 9

1.5 多普勒频率 11

1.6 相干性 17

1.7 分贝的算法 18

习题 19

附录1-A 第1章MATLAB程序清单 20

第2章 基本脉冲和连续波(CW)雷达操作 22

2.1 雷达距离方程 22

2.2 低PRF雷达方程 26

2.3 高PRF雷达方程 28

2.4 监视雷达方程 30

2.5 带干扰的雷达方程 34

2.5.1 自屏蔽干扰器(SSJ) 35

2.5.2 烧穿距离 38

2.5.3 远距离干扰器(SOJ) 40

2.6 距离缩减因子 42

2.7 双基地雷达方程 42

2.8 雷达损耗 44

2.8.1 发射和接收损耗 44

2.8.2 天线方向图损耗和扫描损耗 44

2.8.3 大气损耗 45

2.8.4 折叠损耗 45

2.8.5 处理损耗 46

2.9 噪声系数 48

2.10 连续波雷达 51

2.10.1 连续波雷达方程 52

2.10.2 频率调制 53

2.10.3 线性调频(LFM)连续波雷达 57

2.10.4 多频连续波雷达 59

2.11 MATLAB函数“range_calc.m” 60

习题 61

附录2-A 第2章MATLAB程序清单 65

第二部分 雷达信号与信号处理

第3章 线性系统与复信号表示法 78

3.1 信号分类 78

3.2 傅里叶变换 79

3.3 系统分类 79

3.3.1 线性与非线性系统 80

3.3.2 时不变与时变系统 80

3.3.3 稳定与非稳定系统 80

3.3.4 因果与非因果系统 81

3.4 用傅里叶级数的信号表示法 81

3.5 卷积与相关积分 83

3.5.1 能量与功率谱密度 84

3.6 带通信号 87

3.6.1 解析信号(前置包络) 87

3.6.2 带通信号的前置包络与复包络 88

3.7 一些常规雷达信号的频谱 90

3.7.1 连续波信号 90

3.7.2 有限持续时间脉冲信号 91

3.7.3 周期脉冲信号 92

3.7.4 有限持续时间脉冲串信号 93

3.7.5 线性调频(LFM)信号 94

3.8 信号带宽与持续时间 98

3.8.1 有效带宽与持续时间计算 99

3.9 离散时间系统与信号 102

3.9.1 采样定理 102

3.9.2 Z变换 105

3.9.3 离散傅里叶变换 106

3.9.4 离散功率谱 106

3.9.5 加窗技术 108

3.9.6 抽取与插值 111

习题 112

附录3-A 第3章MATLAB程序清单 114

附录3-B 傅里叶变换对 118

附录3-C Z变换对 119

第4章 匹配滤波器雷达接收机 120

4.1 匹配滤波器信噪比 120

4.1.1 白噪声情况 122

4.1.2 副本 123

4.2 匹配滤波器输出通式 124

4.2.1 静止目标情况 124

4.2.2 运动目标情况 125

4.3 波形分辨率和模糊 127

4.3.1 距离分辨率 127

4.3.2 多普勒分辨率 129

4.3.3 复合距离与多普勒分辨率 130

4.4 距离与多普勒不定 131

4.4.1 距离不定 131

4.4.2 多普勒不定 133

4.4.3 距离-多普勒耦合 134

4.4.4 LFM信号的距离-多普勒耦合 137

4.5 目标参数估计 138

4.5.1 何为估计函数 138

4.5.2 幅度估计 139

4.5.3 相位估计 139

习题 140

第5章 模糊函数—模拟波形 142

5.1 引言 142

5.2 模糊函数的例子 143

5.2.1 单个脉冲模糊函数 143

5.2.2 LFM模糊函数 145

5.2.3 相干脉冲串模糊函数 149

5.2.4 LFM脉冲串的模糊函数 152

5.3 步进频率波形 155

5.4 非线性调频 157

5.4.1 静态相位的概念 157

5.4.2 频率调制波形的频谱赋形 161

5.5 模糊图等值线 162

5.6 LFM信号的距离-多普勒耦合的解释 163

习题 164

附录5-A 第5章MATLAB程序清单 165

第6章 模糊函数—离散编码波形 171

6.1 离散编码信号表示 171

6.2 脉冲串编码 172

6.3 相位编码 176

6.3.1 二进制相位编码 176

6.3.2 多相编码 189

6.4 频率编码 191

6.4.1 Costas码 191

6.5 离散编码的模糊图 193

习题 194

附录6-A 第6章MATLAB程序清单 194

第7章 脉冲压缩 199

7.1 时间-带宽积 199

7.2 脉冲压缩的雷达方程 200

7.3 脉冲压缩的基本原理 200

7.4 相关处理器 202

7.5 扩展处理器 207

7.5.1 LFM 脉冲信号 208

7.5.2 步进频率波形 213

7.5.3 目标速度的影响 219

习题 220

附录7-A 第7章MATLAB程序清单 221

第三部分 雷达系统的特殊考虑

第8章 雷达波的传播 228

8.1 地球对雷达方程的影响 228

8.2 地球大气层 228

8.3 大气模型 230

8.3.1 对流层中的折射率 230

8.3.2 电离层中的折射率 232

8.3.3 计算折射率的数学模型 233

8.3.4 分层大气折射模型 234

8.4 三分之四地球模型 238

8.4.1 目标高度方程 238

8.5 地面反射 239

8.5.1 平滑表面反射系数 239

8.5.2 发散 243

8.5.3 粗糙表面反射 244

8.5.4 总反射系数 245

8.6 方向图传播因子 246

8.6.1 平坦地表 248

8.6.2 球形地球 249

8.7 衍射 253

8.8 大气衰减 256

8.8.1 大气吸收 257

8.8.2 大气衰减图 259

8.9 降水导致的衰减 262

习题 264

附录8-A 第8章MATLAB程序清单 265

第9章 雷达杂波 280

9.1 杂波的定义 280

9.2 表面杂波 280

9.2.1 区域杂波的雷达方程—机载雷达 282

9.3 体杂波 283

9.3.1 体杂波的雷达方程 285

9.4 表面杂波RCS 286

9.4.1 单脉冲低PRF情况 286

9.4.2 高PRF的情况 291

9.5 杂波元素 293

9.6 杂波后向散射系数统计模型 294

9.6.1 表面杂波的情况 294

9.6.2 体杂波情况 296

习题 297

附录9-A 第9章MATLAB程序清单 297

第10章 动目标显示(MTI)和脉冲多普勒雷达 302

10.1 杂波功率谱密度 302

10.2 动目标显示(MTI)的概念 302

10.2.1 单延迟线对消器 304

10.2.2 双延迟线对消器 305

10.2.3 带有反馈回路(递归滤波器)的延迟线 307

10.3 PRF参差 308

10.4 MTI改善因子 311

10.4.1 2脉冲MTI形式 312

10.4.2 通用形式 313

10.5 杂波下的可见度(SCV) 314

10.6 有权重的延迟线对消器 314

10.7 脉冲多普勒雷达 316

10.7.1 脉冲多普勒雷达信号处理 319

10.7.2 解距离模糊 320

10.7.3 解多普勒模糊包络 322

10.8 相位噪声 325

习题 329

附录10-A 第10章MATLAB程序清单 331

第四部分 雷达检测

第11章 随机变量和随机过程 337

11.1 随机变量 337

11.2 多元高斯随机向量 339

11.2.1 复数多元高斯随机向量 342

11.3 瑞利随机变量 342

11.4 卡方随机变量 343

11.4.1 自由度为N的中心卡方随机变量 343

11.4.2 自由度为N的非中心卡方随机变量 344

11.5 随机过程 345

11.6 高斯随机过程 346

11.6.1 低通高斯随机变量 346

11.6.2 带通高斯随机过程 347

11.6.3 带通高斯过程的包络 348

习题 349

第12章 单脉冲检测 351

12.1 参数已知的单脉冲 351

12.2 幅度已知、相位未知的单脉冲 354

12.2.1 虚警概率 357

12.2.2 检测概率 358

习题 360

附录12-A 第12章MATLAB程序清单 361

第13章 波动目标检测 364

13.1 引言 364

13.2 脉冲积累 364

13.2.1 相干积累 365

13.2.2 非相干积累 366

13.2.3 改善因子和积累损耗 366

13.3 目标起伏：目标χ2族 367

13.4 平方律检波器的虚警概率公式 368

13.4.1 平方律检测 371

13.5 探测概率的计算 372

13.5.1 Swerling 0(Swerling V)目标的探测 372

13.5.2 Swerling I目标的探测 374

13.5.3 Swerling II目标的探测 375

13.5.4 Swerling III目标的探测 376

13.5.5 Swerling IV目标的探测 378

13.6 起伏损耗的计算 380

13.7 累积探测概率 381

13.8 恒虚警率(CFAR) 383

13.8.1 单元-平均CFAR(单个脉冲) 384

13.8.2 采用非相干积累的单元-平均CFAR 385

13.9 MN检测 386

13.10 雷达方程回顾 387

习题 388

附录13-A 不伽马函数 390

附录13-B 第13章MATLAB程序清单 392

第五部分 关于雷达的一些特殊主题

第14章 雷达截面积(RCS) 407

14.1 RCS定义 407

14.2 RCS和姿态角及频率的依赖关系 408

14.3 RCS与极化的依赖关系 411

14.3.1 归一化电场 411

14.3.2 极化 411

14.3.3 目标散射矩阵 413

14.4 简单物体的RCS 415

14.4.1 球 415

14.4.2 椭球 417

14.4.3 圆形平板 419

14.4.4 截锥体(平截体) 420

14.4.5 圆柱体 423

14.4.6 矩形平板 425

14.4.7 三角形平板 428

14.5 复杂目标的RCS 429

14.6 RCS预测方法 430

14.6.1 计算电磁学 431

14.6.2 有限微分时间域方法 431

14.6.3 有限元方法 433

14.6.4 积分方程 434

14.6.5 几何光学 435

14.6.6 物理光学 435

14.6.7 边缘衍射 437

14.7 多次反射 437

习题 438

附录14-A 第14章MATLAB程序清单 439

第15章 相控阵天线 456

15.1 方向性、功率增益和有效孔径 456

15.2 近场和远场 457

15.3 通用阵列 458

15.4 线性阵列天线 460

15.4.1 阵列锥削 463

15.4.2 通过DFT进行方向图计算 465

15.5 平面阵列 470

15.5.1 矩形网格阵列 471

15.5.2 圆形网格阵列 472

15.5.3 同轴网格圆形阵列 478

15.5.4 带圆形边界的矩形网格阵列 479

15.5.5 六边形网格阵列 479

15.6 阵列天线扫描损失 490

15.7 多