雷達(dá)系統(tǒng)分析與建模

第1章 雷達(dá)距離方程 1
1.1 雷達(dá)基礎(chǔ) 1
1.1.1 基本功能 1
1.1.2 雷達(dá)應(yīng)用 3
1.1.3 雷達(dá)頻段 3
1.2 距離方程的推導(dǎo) 5
1.2.1 接收到的信號(hào)功率 5
1.2.2 雙基地雷達(dá)方程 6
1.2.3 應(yīng)答機(jī)和電子戰(zhàn)方程 6
1.2.4 接收機(jī)噪聲 7
1.2.5 信噪比 8
1.2.6 射頻損耗因子 9
1.2.7 最大作用距離的解 10
1.2.8 利用Blake圖進(jìn)行距離計(jì)算 10
1.2.9 一般解法 10
1.3 搜索雷達(dá)方程 13
1.3.1 均勻搜索的推導(dǎo) 13
1.3.2 搜索雷達(dá)方程的重要性 13
1.4 有源干擾時(shí)的雷達(dá)作用距離 14
1.4.1 遠(yuǎn)距離噪聲干擾的等效溫度 14
1.4.2 干擾有效性 15
1.4.3 欺騙性干擾 16
1.4.4 自屏蔽和護(hù)衛(wèi)干擾 16
1.5 有雜波時(shí)的雷達(dá)作用距離 17
1.5.1 空域雜波：降雨或箔條 17
1.5.2 空域雜波中的探測(cè)距離 19
1.5.3 距離上模糊的雜波 20
1.5.4 表面雜波：陸地和海面 21
1.6 組合干擾下的探測(cè)距離 23
參考文獻(xiàn) 24
附錄1A：關(guān)于雷達(dá)方程的習(xí)題 24
附錄1B：提供的Mathcad工具 26
附錄1C：習(xí)題的解 27
第2章 目標(biāo)檢測(cè)理論 28
2.1 噪聲統(tǒng)計(jì) 29
2.2 對(duì)伴有噪聲的信號(hào)的一個(gè)采樣進(jìn)行檢波 30
2.2.1 理想的相參檢波過(guò)程 30
2.2.2 實(shí)際檢波過(guò)程 31
2.2.3 相對(duì)于理想系統(tǒng)的檢波器損耗 33
2.2.4 匹配濾波器及匹配損耗 33
2.3 脈沖串的積累 34
2.3.1 相參積累 35
2.3.2 視頻信號(hào)積累 36
2.3.3 二進(jìn)制積累 38
2.3.4 累積積累 39
2.3.5 積累器加權(quán)損耗 40
2.3.6 虛警時(shí)間 40
2.3.7 折疊損耗 41
2.4 起伏目標(biāo)的檢測(cè) 43
2.4.1 單個(gè)采樣檢測(cè) 43
2.4.2 起伏損耗 43
2.4.3 情況1信號(hào)的積累 43
2.4.4 其他目標(biāo)模型 45
2.4.5 分集增益 47
2.4.6 c2目標(biāo)的通用方程式 48
2.4.7 起伏目標(biāo)的二進(jìn)制積累 49
2.4.8 起伏目標(biāo)的累積積累 49
2.5 順序檢測(cè) 50
2.5.1 兩步順序探測(cè)概率 50
2.5.2 有快速確認(rèn)的順序檢測(cè) 50
2.5.3 延遲確認(rèn)順序檢測(cè) 51
2.5.4 順序檢測(cè)的能量和時(shí)間要求 51
2.6 恒虛警率檢測(cè) 52
2.6.1 單元平均的CFAR 52
2.6.2 雙參數(shù)CFAR 54
2.6.3 時(shí)間平均CFAR 55
2.6.4 非參量CFAR 55
2.7 有效可檢測(cè)性因子 55
參考文獻(xiàn) 56
附錄2A：關(guān)于目標(biāo)檢測(cè)的習(xí)題 58
附錄2B：提供的Mathcad工具 60
附錄2C：習(xí)題的解 60
第3 章 目標(biāo)和干擾 61
3.1 雷達(dá)橫截面積的定義 61
3.1.1 等效球體 61
3.1.2 等效天線 62
3.2 簡(jiǎn)單物體的雷達(dá)橫截面積 63
3.2.1 峰值RCS和波瓣結(jié)構(gòu) 63
3.2.2 RCS與波長(zhǎng)和姿態(tài)角的關(guān)系 63
3.2.3 諧振現(xiàn)象 65
3.2.4 RCS 的極化依賴性 66
3.3 復(fù)雜目標(biāo)的RCS 67
3.3.1 Swerling目標(biāo)模型 68
3.3.2 通用目標(biāo)模型 70
3.3.3 目標(biāo)譜和相關(guān)時(shí)間 70
3.3.4 相關(guān)頻率 71
3.4 橫截面積的空間分布 71
3.4.1 目標(biāo)閃爍 71
3.4.2 二元目標(biāo) 72
3.4.3 角度、距離和多普勒閃爍 73
3.4.4 閃爍譜 74
3.5 雙基地橫截面積 75
3.5.1 前向散射RCS 75
3.5.2 雙基地增強(qiáng)的范圍 75
3.6 雷達(dá)雜波 76
3.6.1 面雜波 77
3.6.2 海雜波 78
3.6.3 地雜波 79
3.6.4 面雜波幅度分布 81
3.6.5 面雜波的速度譜 82
3.6.6 降雨雜波 84
3.6.7 箔條 85
3.6.8 體雜波的空間和速度范圍 85
3.6.9 體雜波的幅度分布 87
3.6.10 離散雜波源 87
3.7 干擾 88
3.7.1 噪聲干擾 88
3.7.2 欺騙干擾 89
3.7.3 誘餌 89
參考文獻(xiàn) 90
附錄 3A：關(guān)于目標(biāo)和干擾的習(xí)題 91
附錄3B：提供的Mathcad工具 94
附錄3C：習(xí)題的解 95
第4章 雷達(dá)天線 96
4.1 四個(gè)坐標(biāo)上的雷達(dá)響應(yīng) 96
4.1.1 雷達(dá)分辨力 96
4.1.2 可分離角度響應(yīng) 97
4.1.3 天線方向圖的互易性 99
4.2 天線和陣列 99
4.2.1 均勻照射孔徑 99
4.2.2 錐削式孔徑照射 100
4.2.3 橢圓形孔徑和圓形孔徑 103
4.2.4 天線副瓣 103
4.2.5 反射面天線 104
4.2.6 透鏡天線 108
4.2.7 平面陣列天線 108
4.3 相控陣 109
4.3.1 單元和陣列因子 110
4.3.2 相掃 110
4.3.3 頻率掃描 112
4.3.4 稀疏陣列 113
4.3.5 移相器 114
4.3.6 陣列饋電系統(tǒng) 115
4.3.7 放大器陣列 117
4.3.8 波束形成矩陣 118
4.3.9 相位和幅度誤差效應(yīng) 119
4.3.10 陣列帶寬 121
4.4 超低副瓣天線 123
4.4.1 定義 123
4.4.2 掃描的超低副瓣天線系統(tǒng)設(shè)計(jì) 124
4.4.3 超低副瓣反射面天線 126
4.5 多波束天線 128
4.5.1 堆積波束系統(tǒng) 128
4.5.2 單脈沖天線 130
4.5.3 焦平面陣列饋源 133
4.5.4 數(shù)字波束形成 134
參考文獻(xiàn) 135
附錄4A：關(guān)于雷達(dá)天線的習(xí)題 135
附錄4B：提供的Mathcad工具 138
附錄4C：習(xí)題的解 140
第5章 波形和信號(hào)處理 141
5.1 模糊函數(shù) 141
5.1.1 匹配濾波器的實(shí)現(xiàn) 142
5.1.2 矩形脈沖的響應(yīng) 143
5.1.3 簡(jiǎn)單脈沖的分辨力特性 145
5.2 脈沖壓縮 146
5.2.1 相位編碼脈沖壓縮 147
5.2.2 線性調(diào)頻脈沖壓縮 148
5.2.3 非線性調(diào)頻脈沖波形 151
5.2.4 脈沖壓縮波形的多普勒容差 154
5.3 動(dòng)目標(biāo)顯示 157
5.3.1 脈沖串的頻譜 157
5.3.2 脈沖串的模糊函數(shù) 159
5.3.3 最佳MTI濾波器 160
5.3.4 實(shí)用MTI濾波器的實(shí)現(xiàn) 161
5.3.5 參差PRF和PRF分集MTI 163
5.3.6 帶脈沖振蕩發(fā)射機(jī)的MTI 163
5.3.7 非相干MTI 165
5.3.8 區(qū)域MTI 165
5.3.9 相干MTI的性能 165
5.3.10 非相干MTI的性能 170
5.3.11 存在移動(dòng)雜波時(shí)的MTI 170
5.3.12 MTI系統(tǒng)的損耗 170
5.3.13 MTI系統(tǒng)中的可檢測(cè)性因子 172
5.4 脈沖多普勒 172
5.4.1 定義 172
5.4.2 低-PRF PD雷達(dá) 174
5.4.3 中-PRF PD雷達(dá) 176
5.4.4 高-PRF PD雷達(dá) 179
5.4.5 振蕩器對(duì)PD雷達(dá)性能的影響 180
5.4.6 濾波器副瓣對(duì)PD雷達(dá)性能的影響 183
5.4.7 PD雷達(dá)中的損耗因子 184
5.4.8 PD雷達(dá)的探測(cè)距離 186
參考文獻(xiàn) 187
附錄5A：關(guān)于波形和信號(hào)處理的習(xí)題 188
附錄5B：提供的Mathcad工具 191
附錄5C：習(xí)題的解 194
第6章 雷達(dá)傳播 195
6.1 大氣衰減 195
6.1.1 晴朗的大氣 195
6.1.2 氣象衰減 199
6.1.3 穿過(guò)潮濕天線罩的衰減 201
6.1.4 電離層衰減 201
6.1.5 箔條的衰減 201
6.1.6 預(yù)測(cè)衰減時(shí)探測(cè)距離的Blake方法 202
6.1.7 大氣噪聲溫度 202
6.1.8 大氣透鏡損耗 203
6.2 表面反射效應(yīng) 204
6.2.1 傳播因子 204
6.2.2 表面反射幾何圖 204
6.2.3 反射系數(shù) 206
6.2.4 粗糙表面 208
6.2.5 植被因子 210
6.2.6 方向圖傳播因子對(duì)雷達(dá)探測(cè)范圍的影響 210
6.3 繞射 211
6.3.1 光滑球面繞射 211
6.3.2 從繞射區(qū)到干涉區(qū)的過(guò)渡 212
6.3.3 刀鋒繞射 213
6.3.4 粗糙表面效應(yīng) 215
6.4 大氣折射 216
6.4.1 指數(shù)形式基準(zhǔn)大氣層 217
6.4.2 仰角和距離偏移誤差 218
6.4.3 偏移誤差的校正 220
6.4.4 對(duì)流層起伏 220
6.4.5 大氣波導(dǎo) 221
6.4.6 電離層繞射 221
6.4.7 法拉第旋轉(zhuǎn) 222
參考文獻(xiàn) 224
附錄6A：關(guān)于雷達(dá)傳播的習(xí)題 225
附錄6B：提供的Mathcad工具 226
附錄6C：習(xí)題的解 227
第7章 雷達(dá)監(jiān)視 228
7.1 監(jiān)視雷達(dá)基礎(chǔ) 228
7.2 兩坐標(biāo)對(duì)空監(jiān)視雷達(dá) 230
7.2.1 兩坐標(biāo)搜索問(wèn)題的定義 230
7.2.2 駐留時(shí)間與波束寬度 232
7.2.3 孔徑面積的限制 233
7.2.4 兩坐標(biāo)監(jiān)視的最小平均功率 233
7.2.5 功率與孔徑兩者之間經(jīng)濟(jì)上的折中方案 233
7.2.6 兩坐標(biāo)雷達(dá)中傳播與雜波上的考慮 233
7.2.7 中程兩坐標(biāo)空中交通管制雷達(dá)的實(shí)例 235
7.3 堆積波束三坐標(biāo)監(jiān)視雷達(dá) 237
7.3.1 三坐標(biāo)搜索問(wèn)題的定義 237
7.3.2 駐留時(shí)間與波束寬度 238
7.3.3 孔徑面積與平均功率 238
7.3.4 堆積波束三坐標(biāo)雷達(dá)中雜波方面的考慮 239
7.3.5 遠(yuǎn)程堆積波束三坐標(biāo)雷達(dá)的實(shí)例 239
7.3.6 脈沖內(nèi)掃描的三坐標(biāo)雷達(dá) 241
7.4 波束掃描的三坐標(biāo)監(jiān)視雷達(dá) 241
7.4.1 掃描的波束駐留時(shí)間與波束寬度 242
7.4.2 孔徑面積與平均功率 243
7.4.3 波束掃描三坐標(biāo)雷達(dá)雜波上的考慮 244
7.4.4 波束掃描三坐標(biāo)雷達(dá)的實(shí)例 244
7.4.5 多功能雷達(dá)的搜索模式 245
7.5 混合型三坐標(biāo)監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng) 247
7.5.1 多仰角扇區(qū)中的堆積波束 247
7.5.2 多重掃描波束 247
7.6 地平線掃描 248
7.6.1 幀時(shí)間與仰角波束寬度 248
7.6.2 典型的水平線掃描問(wèn)題 248
7.7 海用導(dǎo)航雷達(dá) 250
7.7.1 搜索空域的定義 250
7.7.2 駐留時(shí)間與方位波束寬度 250
7.7.3 海用導(dǎo)航雷達(dá)的雷達(dá)方程 250
7.7.4 遠(yuǎn)程海用導(dǎo)航雷達(dá)的實(shí)例 251
7.8 表面監(jiān)視雷達(dá) 252
7.8.1 戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視 252
7.8.2 具有實(shí)孔徑的機(jī)載表面監(jiān)視 253
7.8.3 合成孔徑雷達(dá)的機(jī)載表面監(jiān)視 255
7.8.4 空對(duì)面目標(biāo)瞄準(zhǔn) 255
7.9 利用監(jiān)視雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤 256
7.9.1 目標(biāo)報(bào)告誤差 256
7.9.2 邊掃描邊跟蹤濾波器 257
7.9.3 跟蹤的起始與保持 259
7.10 監(jiān)視雷達(dá)的ECM與ECCM 260
7.10.1 監(jiān)視雷達(dá)的噪聲干擾 261
7.10.2 在噪聲干擾中監(jiān)視雷達(dá)的探測(cè)距離 262
7.10.3 對(duì)監(jiān)視雷達(dá)的欺騙干擾 265
7.10.4 監(jiān)視雷達(dá)采用的ECCM措施 266
7.10.5 監(jiān)視雷達(dá)ECCM匯總 271
參考文獻(xiàn) 271
附錄7A：關(guān)于監(jiān)視雷達(dá)的習(xí)題 273
附錄7B：提供的Mathcad工具 278
附錄7C：習(xí)題的解 280
第8章 雷達(dá)跟蹤和測(cè)量 281
8.1 測(cè)量的基本原理 281
8.1.1 基本測(cè)量過(guò)程 281
8.1.2 測(cè)量靈敏度 282
8.1.3 噪聲環(huán)境的最佳估算器 283
8.2 角度測(cè)量 284
8.2.1 順序和同時(shí)波束控制 284
8.2.2 圓錐掃描 285
8.2.3 扇區(qū)掃描 287
8.2.4 單脈沖雷達(dá) 288
8.2.5 單脈沖信號(hào)處理 293
8.3 距離跟蹤和測(cè)量 301
8.3.1 對(duì)單個(gè)脈沖的最佳估算器 301
8.3.2 對(duì)單個(gè)脈沖失配的估算器 303
8.3.3 脈沖串測(cè)距 304
8.3.4 數(shù)字信號(hào)處理機(jī)中的距離測(cè)量 306
8.4 多普勒測(cè)量 307
8.4.1 對(duì)單個(gè)脈沖或采樣的多普勒測(cè)量 307
8.4.2 對(duì)脈沖串的多普勒測(cè)量 309
8.4.3 解多普勒模糊 309
8.5 雷達(dá)誤差分析 310
8.5.1 測(cè)量誤差的分類 310
8.5.2 動(dòng)態(tài)滯后誤差 312
8.5.3 多路徑反射誤差 314
8.5.4 雜波引起的誤差 323
8.5.5 雷達(dá)誤差預(yù)算 324
8.6 跟蹤雷達(dá)的目標(biāo)截獲 325
8.7 多功能陣列雷達(dá) 328
8.8 跟蹤雷達(dá)的ECM和ECCM 330
8.8.1 針對(duì)跟蹤雷達(dá)的ECM的目標(biāo) 330
8.8.2 防止截獲 331
8.8.3 延遲截獲 331
8.8.4 距離和多普勒數(shù)據(jù)的拒絕 332
8.8.5 引入距離和多普勒誤差或破壞鎖定 333
8.8.6 引入角度上大的誤差或破壞鎖定 333
參考文獻(xiàn) 337
附錄8A：關(guān)于跟蹤雷達(dá)的習(xí)題 339
附錄8B：提供的Mathcad工具 343
附錄8C：習(xí)題的解 344
第9章 雷達(dá)損耗預(yù)算 345
9.1 損耗分類 345
9.1.1 雷達(dá)-目標(biāo)系統(tǒng)中損耗的位置 345
9.1.2 恒定損耗、與目標(biāo)有關(guān)的損耗和統(tǒng)計(jì)損耗 346
9.2 射頻饋線損耗 346
9.2.1 發(fā)射機(jī)饋線損耗 346
9.2.2 接收饋線損耗 348
9.3 傳播損耗 348
9.3.1 大氣和氣象衰減 348
9.3.2 不是衰減的其他損耗 349
9.4 天線損耗 350
9.4.1 天線設(shè)計(jì)中固有的損耗 350
9.4.2 由于實(shí)際天線實(shí)現(xiàn)所引起的損耗 352
9.4.3 由于天線工作引起的損耗 355
9.4.4 總天線損耗 357
9.5 接收機(jī)/處理機(jī)損耗 357
9.5.1 確定性損耗 357
9.5.2 統(tǒng)計(jì)損耗 361
9.6 損耗在雷達(dá)方程中的分配 366
9.6.1 天線損耗 366
9.6.2 噪聲溫度 366
9.6.3 方向圖-傳播因子 367
9.6.4 可檢測(cè)性因子 367
9.6.5 信號(hào)處理?yè)p耗 367
9.6.6 雷達(dá)方程中的獨(dú)立損耗項(xiàng) 367
9.6.7 損耗預(yù)算程序 367
9.7 典型損耗預(yù)算 368
9.7.1 機(jī)械掃描二維監(jiān)視雷達(dá)的損耗預(yù)算 368
9.7.2 機(jī)械掃描單脈沖跟蹤雷達(dá)的損耗預(yù)算 369
9.7.3 空饋多功能陣列雷達(dá)的損耗預(yù)算 370
9.7.4 總結(jié) 372
參考文獻(xiàn) 372
附錄9A：關(guān)于損耗預(yù)算的習(xí)題 373
附錄9B：提供的Mathcad工具 374
附錄9C：習(xí)題的解 376
附錄A 符號(hào)表 377
附錄B 縮略語(yǔ)和縮寫 396