雷達系統(tǒng)分析與建模

第1章 雷達距離方程 1
1.1 雷達基礎(chǔ) 1
1.1.1 基本功能 1
1.1.2 雷達應(yīng)用 3
1.1.3 雷達頻段 3
1.2 距離方程的推導(dǎo) 5
1.2.1 接收到的信號功率 5
1.2.2 雙基地雷達方程 6
1.2.3 應(yīng)答機和電子戰(zhàn)方程 6
1.2.4 接收機噪聲 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圖進行距離計算 10
1.2.9 一般解法 10
1.3 搜索雷達方程 13
1.3.1 均勻搜索的推導(dǎo) 13
1.3.2 搜索雷達方程的重要性 13
1.4 有源干擾時的雷達作用距離 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 自屏蔽和護衛(wèi)干擾 16
1.5 有雜波時的雷達作用距離 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 組合干擾下的探測距離 23
參考文獻 24
附錄1A：關(guān)于雷達方程的習(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)檢測理論 28
2.1 噪聲統(tǒng)計 29
2.2 對伴有噪聲的信號的一個采樣進行檢波 30
2.2.1 理想的相參檢波過程 30
2.2.2 實際檢波過程 31
2.2.3 相對于理想系統(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 視頻信號積累 36
2.3.3 二進制積累 38
2.3.4 累積積累 39
2.3.5 積累器加權(quán)損耗 40
2.3.6 虛警時間 40
2.3.7 折疊損耗 41
2.4 起伏目標(biāo)的檢測 43
2.4.1 單個采樣檢測 43
2.4.2 起伏損耗 43
2.4.3 情況1信號的積累 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)的二進制積累 49
2.4.8 起伏目標(biāo)的累積積累 49
2.5 順序檢測 50
2.5.1 兩步順序探測概率 50
2.5.2 有快速確認(rèn)的順序檢測 50
2.5.3 延遲確認(rèn)順序檢測 51
2.5.4 順序檢測的能量和時間要求 51
2.6 恒虛警率檢測 52
2.6.1 單元平均的CFAR 52
2.6.2 雙參數(shù)CFAR 54
2.6.3 時間平均CFAR 55
2.6.4 非參量CFAR 55
2.7 有效可檢測性因子 55
參考文獻 56
附錄2A：關(guān)于目標(biāo)檢測的習(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 簡單物體的雷達橫截面積 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 雙基地增強的范圍 75
3.6 雷達雜波 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 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 雷達天線 96
4.1 四個坐標(biāo)上的雷達響應(yīng) 96
4.1.1 雷達分辨力 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 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 135
附錄4A：關(guān)于雷達天線的習(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 波形和信號處理 141
5.1 模糊函數(shù) 141
5.1.1 匹配濾波器的實現(xiàn) 142
5.1.2 矩形脈沖的響應(yīng) 143
5.1.3 簡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 實用MTI濾波器的實現(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 存在移動雜波時的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 174
5.4.3 中-PRF PD雷達 176
5.4.4 高-PRF PD雷達 179
5.4.5 振蕩器對PD雷達性能的影響 180
5.4.6 濾波器副瓣對PD雷達性能的影響 183
5.4.7 PD雷達中的損耗因子 184
5.4.8 PD雷達的探測距離 186
參考文獻 187
附錄5A：關(guān)于波形和信號處理的習(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)測衰減時探測距離的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 方向圖傳播因子對雷達探測范圍的影響 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 224
附錄6A：關(guān)于雷達傳播的習(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 雷達監(jiān)視 228
7.1 監(jiān)視雷達基礎(chǔ) 228
7.2 兩坐標(biāo)對空監(jiān)視雷達 230
7.2.1 兩坐標(biāo)搜索問題的定義 230
7.2.2 駐留時間與波束寬度 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)濟上的折中方案 233
7.2.6 兩坐標(biāo)雷達中傳播與雜波上的考慮 233
7.2.7 中程兩坐標(biāo)空中交通管制雷達的實例 235
7.3 堆積波束三坐標(biāo)監(jiān)視雷達 237
7.3.1 三坐標(biāo)搜索問題的定義 237
7.3.2 駐留時間與波束寬度 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)雷達的實例 239
7.3.6 脈沖內(nèi)掃描的三坐標(biāo)雷達 241
7.4 波束掃描的三坐標(biāo)監(jiān)視雷達 241
7.4.1 掃描的波束駐留時間與波束寬度 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)雷達雜波上的考慮 244
7.4.4 波束掃描三坐標(biāo)雷達的實例 244
7.4.5 多功能雷達的搜索模式 245
7.5 混合型三坐標(biāo)監(jiān)視雷達系統(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 幀時間與仰角波束寬度 248
7.6.2 典型的水平線掃描問題 248
7.7 海用導(dǎo)航雷達 250
7.7.1 搜索空域的定義 250
7.7.2 駐留時間與方位波束寬度 250
7.7.3 海用導(dǎo)航雷達的雷達方程 250
7.7.4 遠(yuǎn)程海用導(dǎo)航雷達的實例 251
7.8 表面監(jiān)視雷達 252
7.8.1 戰(zhàn)場監(jiān)視 252
7.8.2 具有實孔徑的機載表面監(jiān)視 253
7.8.3 合成孔徑雷達的機載表面監(jiān)視 255
7.8.4 空對面目標(biāo)瞄準(zhǔn) 255
7.9 利用監(jiān)視雷達數(shù)據(jù)進行跟蹤 256
7.9.1 目標(biāo)報告誤差 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)視雷達的ECM與ECCM 260
7.10.1 監(jiān)視雷達的噪聲干擾 261
7.10.2 在噪聲干擾中監(jiān)視雷達的探測距離 262
7.10.3 對監(jiān)視雷達的欺騙干擾 265
7.10.4 監(jiān)視雷達采用的ECCM措施 266
7.10.5 監(jiān)視雷達ECCM匯總 271
參考文獻 271
附錄7A：關(guān)于監(jiān)視雷達的習(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 雷達跟蹤和測量 281
8.1 測量的基本原理 281
8.1.1 基本測量過程 281
8.1.2 測量靈敏度 282
8.1.3 噪聲環(huán)境的最佳估算器 283
8.2 角度測量 284
8.2.1 順序和同時波束控制 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 288
8.2.5 單脈沖信號處理 293
8.3 距離跟蹤和測量 301
8.3.1 對單個脈沖的最佳估算器 301
8.3.2 對單個脈沖失配的估算器 303
8.3.3 脈沖串測距 304
8.3.4 數(shù)字信號處理機中的距離測量 306
8.4 多普勒測量 307
8.4.1 對單個脈沖或采樣的多普勒測量 307
8.4.2 對脈沖串的多普勒測量 309
8.4.3 解多普勒模糊 309
8.5 雷達誤差分析 310
8.5.1 測量誤差的分類 310
8.5.2 動態(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 雷達誤差預(yù)算 324
8.6 跟蹤雷達的目標(biāo)截獲 325
8.7 多功能陣列雷達 328
8.8 跟蹤雷達的ECM和ECCM 330
8.8.1 針對跟蹤雷達的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 337
附錄8A：關(guān)于跟蹤雷達的習(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 雷達損耗預(yù)算 345
9.1 損耗分類 345
9.1.1 雷達-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)計損耗 346
9.2 射頻饋線損耗 346
9.2.1 發(fā)射機饋線損耗 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)計中固有的損耗 350
9.4.2 由于實際天線實現(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/處理機損耗 357
9.5.1 確定性損耗 357
9.5.2 統(tǒng)計損耗 361
9.6 損耗在雷達方程中的分配 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 可檢測性因子 367
9.6.5 信號處理損耗 367
9.6.6 雷達方程中的獨立損耗項 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 機械掃描二維監(jiān)視雷達的損耗預(yù)算 368
9.7.2 機械掃描單脈沖跟蹤雷達的損耗預(yù)算 369
9.7.3 空饋多功能陣列雷達的損耗預(yù)算 370
9.7.4 總結(jié) 372
參考文獻 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 符號表 377
附錄B 縮略語和縮寫 396