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第一部分 雷达原理2

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78

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228

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RCS286

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 有最佳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337

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X2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CFAR385

13.9 MN检测386

13.10 雷达方程回顾387

习题388

附录13-A 不完全伽马函数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407

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RCS415

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RCS429

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 多输入多输出（MIMO）——线性阵列492

习题495

附录15-A 第15章 MATLAB程序清单496

第16章 自适应信号处理509

16.1 非自适应波束形成509

16.2 使用最小均方的自适应信号处理512

16.3 LMS自适应阵列处理515

16.4 副瓣对消器（SLC）522

16.5 空时自适应处理（STAP）523

16.5.1 空时处理523

16.5.2 空时自适应处理526

习题529

附录16-A 第16章 MATLAB程序清单529

第17章 目标跟踪537

17.1 角度跟踪537

17.1.1 时序波瓣法537

17.1.2 圆锥扫描538

17.2 幅度比较单脉冲541

17.3 相位比较单脉冲546

17.4 距离跟踪548

17.5 边搜索边跟踪（TWS）549

17.6 LTI系统的状态变量表示法550

17.7 感兴趣的LTI系统553

17.8 固定增益跟踪滤波器554

17.8.1 αβ滤波器556

17.8.2 αβγ滤波器559

17.9 卡尔曼滤波器567

17.9.1 Singer αβγ-卡尔曼滤波器568

17.9.2 卡尔曼滤波器和αβγ滤波器的关系570

17.10 MATLAB卡尔曼滤波仿真573

习题579

附录17-A 第17章 MATLAB程序清单581

第18章 战术合成孔径雷达（TSAR）588

18.1 引言588

18.1.1 侧视SAR的几何关系588

18.2 SAR设计上的考虑590

18.3 SAR雷达方程594

18.4 SAR信号处理595

18.5 侧视SAR多普勒处理595

18.6 利用多普勒处理进行SAR成像598

18.7 距离移动599

18.8 三维SAR成像技术599

18.8.1 背景600

18.8.2 DFTSQM操作与信号处理600

18.8.3 DFTSQM SAR图像的几何关系603

18.8.4 斜距方程604

18.8.5 信号合成606

18.8.6 电子处理607

18.8.7 方程（18.71）的推导608

18.8.8 第k个距离单元的非零泰勒级数系数610

习题611

附录18-A 第18章 MATLAB程序清单612

参考文献614