雷达原理与系统

第1章 绪论 1 1.1 雷达的发展概况 1 1.2 雷达的工作原理与分类 3 1.2.1 雷达的工作原理 3 1.2.2 雷达的基本组成 4 1.2.3 雷达的分类 5 1.2.4 雷达的工作频率 6 1.2.5 从雷达回波提取的目标信息 6 1.2.6 多普勒频率 7 1.3 雷达的主要战术与技术指标 12 1.3.1 主要战术指标 12 1.3.2 主要技术指标 15 1.4 雷达的生存与对抗技术 16 1.4.1 电子干扰与抗干扰技术 16 1.4.2 雷达抗反辐射导弹技术 18 1.4.3 雷达反低空入侵技术 21 1.4.4 飞机隐身与雷达反隐身技术 22 练习题 24 第2章 雷达系统组成与雷达方程 26 2.1 雷达系统基本组成 26 2.2 基本雷达方程 27 2.3 目标的散射截面积(RCS) 33 2.3.1 RCS的定义 33 2.3.2 RCS的计算 34 2.3.3 RCS的测量 38 2.3.4 目标起伏模型 39 2.4 电波传播的影响 43 2.4.1 大气层对电波传播的影响 43 2.4.2 地面反射对电波传播的影响 47 2.4.3 方向图传播因子 49 2.5 系统损耗 51 2.5.1 发射和接收损耗 51 2.5.2 天线波束形状损耗 51 2.5.3 叠加损耗 52 2.5.4 信号处理损耗 53 2.6 雷达方程的几种形式 54 2.6.1 双基地雷达方程 55 2.6.2 搜索雷达方程 56 2.6.3 低脉冲重复频率的雷达方程 59 2.6.4 高脉冲重复频率的雷达方程 61 2.7 终端设备及其信息处理 62 2.8 MATLAB程序清单 64 程序2.1 基本雷达方程的计算（radar_eq.m） 64 程序2.2 双基地雷达方程的计算（shuangjidi_req.m） 65 程序2.3 搜索雷达功率孔径积的计算（power_aperture.m） 65 程序2.4 低脉冲重复频率雷达方程的计算（lprf_req.m） 65 程序2.5 高脉冲重复频率雷达方程的计算（hprf_req.m） 65 练习题 66 第3章 发射与接收分系统 68 3.1 雷达发射机 68 3.1.1 发射机的基本组成 68 3.1.2 发射机功率放大器的主要器件 70 3.1.3 发射机的主要性能指标 72 3.1.4 全固态发射机 76 3.2 雷达接收机 80 3.2.1 接收机的基本组成 80 3.2.2 接收机的主要性能指标 83 3.2.3 接收机的增益控制 92 3.2.4 滤波和接收机带宽 94 3.3 数字收发技术 99 3.3.1 模拟正交相干检波器 99 3.3.2 数字接收机 101 3.3.3 数字中频正交采样的原理 102 3.3.4 数字中频正交采样的实现方法 103 3.3.5 雷达接收机中A/D变换器的选取 108 3.4 正交相参检波的MATLAB程序 110 练习题 113 第4章 雷达信号波形与脉冲压缩 115 4.1 雷达信号的数学表示与分类 115 4.1.1 信号的数学表示 115 4.1.2 雷达信号的分类 117 4.2 模糊函数与雷达分辨率 120 4.2.1 模糊函数的定义及其性质 120 4.2.2 单载频脉冲信号的模糊函数 123 4.2.3 雷达分辨理论 126 4.3 线性与非线性调频脉冲信号及其脉冲压缩 131 4.3.1 线性调频脉冲信号 131 4.3.2 非线性调频脉冲信号 134 4.3.3 调频脉冲信号的压缩处理 137 4.3.4 LFM信号的距离-多普勒测不准原理 141 4.4 相位编码脉冲信号 142 4.4.1 二相编码信号波形及其特征 142 4.4.2 巴克码 144 4.4.3 M序列编码信号 146 4.4.4 相位编码信号的脉冲压缩处理 149 4.4.5 相位编码信号的多普勒敏感性 151 4.4.6 LFM信号与相位编码信号的比较 153 4.5 步进频率脉冲信号及其脉冲综合处理 154 4.5.1 步进频率（跳频）脉冲信号 154 4.5.2 调频步进脉冲信号 156 4.5.3 步进频率信号的综合处理 157 4.6 距离与多普勒模糊 160 4.6.1 距离模糊及其消除方法 162 4.6.2 速度模糊及其消除方法 164 4.7 调频连续波信号及其拉伸信号处理 168 4.8 基于DDS的任意波形产生方法 172 4.8.1 直接数字频率合成技术简介 173 4.8.2 基于DDS的波形产生器的设计 174 4.9 MATLAB程序清单 176 程序4.1 单载频矩形脉冲的模糊函数（af_sp.m） 176 程序4.2 单载频高斯脉冲的模糊函数（af_gauss.m） 177 程序4.3 线性调频脉冲信号的模糊函数（af_lfm.m） 178 程序4.4 巴克码序列的波形、频谱图及模糊函数（af_barker.m） 178 程序4.5 线性调频脉冲信号的回波产生与脉压程序 179 程序4.6 二相编码脉冲信号的回波产生与脉压程序 180 程序4.7 调频连续波拉伸信号的处理程序 180 程序4.8 步进频率脉冲综合处理程序 181 练习题 181 第5章 杂波特征与杂波抑制 184 5.1 概述 184 5.2 雷达杂波 185 5.2.1 杂波的功率与信杂比 185 5.2.2 杂波统计特性 194 5.3 MTI/MTD性能指标 199 5.3.1 杂波衰减和对消比 199 5.3.2 改善因子 199 5.3.3 杂波中可见度 199 5.4 动目标显示(MTI) 200 5.4.1 延迟线对消器 201 5.4.2 参差重复频率 206 5.4.3 优化MTI滤波器 211 5.4.4 自适应MTI (AMTI) 216 5.4.5 MTI处理仿真和实测数据 219 5.4.6 MTI性能的限制 221 5.5 动目标检测(MTD) 224 5.5.1 MTI级联FFT的滤波器组 225 5.5.2 优化MTD滤波器组 227 5.5.3 零多普勒处理 229 5.5.4 自适应MTD (AMTD) 232 5.6 脉冲多普勒雷达 234 5.7 MATLAB程序及函数清单 235 程序5.1 二项式级数参差MTI滤波器设计(cenci_MTI.m) 235 程序5.2 特征矢量法设计MTI滤波器(eig_MTI.m) 236 程序5.3 零点分配法设计MTI滤波器(zero_MTI.m) 236 程序5.4 FFT滤波器组设计MTD滤波器(fft_MTD.m) 237 程序5.5 点*佳MTD滤波器组设计(point_MTD.m) 237 练习题 238 第6章 雷达信号检测 243 6.1 基本检测过程 243 6.2 雷达信号的*佳检测 246 6.2.1 噪声环境下的信号检测 246 6.2.2 虚警概率 248 6.2.3 检测概率 250 6.3 脉冲积累的检测性能 253 6.3.1 相干积累的检测性能 253 6.3.2 非相干积累的检测性能 253 6.3.3 相干积累与非相干积累的性能比较 255 6.3.4 起伏目标的检测性能 260 6.4 自动检测——恒虚警率处理 265 6.4.1 单元平均CFAR 266 6.4.2 其它几种ML类CFAR 267 6.5 检测性能计算的MATLAB程序 271 程序6.1 非相干积累改善因子的计算（improv_fac.m） 271 程序6.2 Parl数值积分方法计算检测概率（marcumsq.m） 271 程序6.3 不完全Gamma函数的计算（incomplete_gamma.m） 272 程序6.4 检测概率与单个脉冲信噪比的关系 274 程序6.5 非起伏目标非相干积累的检测概率与信噪比的关系 274 程序6.6 Swerling Ⅴ目标检测概率计算函数（pd_swerling5.m） 274 程序6.7 Swerling目标检测性能计算（pd_swerling.m） 276 练习题 278 第7章 参数测量与跟踪 280 7.1 概述 280 7.2 雷达测量基础 281 7.2.1 雷达测量的基本物理量 281 7.2.2 雷达测量的理论精度 282 7.2.3 信号的有效时宽和有效带宽与测量精度 283 7.2.4 基本测量过程 287 7.3 距离测量与跟踪 288 7.3.1 延时法测距与距离跟踪 289 7.3.2 调频连续波测距 293 7.4 角度测量与跟踪 298 7.4.1 比幅单脉冲测角 299 7.4.2 比相单脉冲测角 304 7.5 相控阵雷达角度的测量 306 7.5.1 线阵天线的方向图函数 306 7.5.2 阵列雷达的数字波束形成 313 7.5.3 阵列雷达基于窗函数的数字单脉冲测角 314 7.5.4 相控阵雷达的特点 317 7.6 速度测量 317 7.7 多目标跟踪 319 7.7.1 边扫描边跟踪雷达 319 7.7.2 固定增益跟踪滤波器 320 7.8 MATLAB程序和函数列表 326 程序7.1 单脉冲测量的仿真（mono_pulse.m） 327 程序7.2 αβγ滤波器的仿真（ghk_tracker.m） 327 程序7.3 αβγ滤波器的仿真实例 327 附录 噪声背景下的*佳估计 328 一、*大似然估计 328 二、时延的估计精度 330 三、频率的估计精度 331 四、角度的估计精度 333 练习题 335 第8章 雷达系统设计与虚拟仿真实验 337 8.1 雷达系统设计的一般流程 337 8.2 某地基雷达系统设计 338 8.3 某末制导雷达系统设计 344 8.4 虚拟仿真实验 355 实验1 雷达和目标的参数设置、功率计算 355 实验2 模拟产生目标、噪声等回波信号 359 实验3 脉冲压缩信号处理仿真实验 361 实验4 MTI/MTD/CI（相干积累）处理仿真实验 362 实验5 CFAR目标检测处理仿真实验 364 实验6 点迹凝聚与参数测量仿真实验 365 实验7 地面雷达系统动态仿真实验 366 实验8 末制导雷达系统动态仿真实验 367 实验9 雷达航迹关联的仿真实验 368 实验10 雷达终端显示的仿真实验 374 练习题 374 参考文献 377