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第1章 雷达概论1

1.1 雷达简介1

雷达基本组成2

雷达发射机3

雷达天线3

1.2 雷达类型4

1.3 从雷达回波可获取的信息6

距离6

径向速度6

角方向7

尺寸及形状7

雷达中带宽的重要性7

信噪比8

在多个频率上工作8

雷达中的多普勒频移8

1.4 雷达方程9

1.5 雷达频率的字母频带名称11

1.6 工作频率对雷达的影响12

高频（HF,3～30MHz）12

甚高频（VHF,30～300MHz）12

超高频（UHF,300MHz～1GHz）13

L波段（1.0～2.0GHz）13

S波段（2.0～4.0GHz）13

C波段（4.0～.8.0GHz）14

X波段（8.0～12.0GHz）14

Ku、K和Ka波段（12.0～40.0GHz）14

毫米波波段14

激光雷达15

1.7 雷达命名规范15

1.8 雷达过去的一些进展16

1.9 雷达应用17

军事应用17

环境遥感17

空中交通管制18

其他应用18

1.10 雷达系统方案设计18

一般指导方针19

雷达方程在方案设计中的作用19

参考文献20

第2章 动目标显示（MTI）雷达21

2.1 序言21

2.2 MTI雷达介绍22

MTI方框图23

动目标检测器（MTD）方框图25

2.3 对动目标的杂波滤波器响应28

2.4 杂波特性29

频谱特性29

幅度特性34

2.5 定义36

改善因子（I）36

杂波衰减37

信杂比（SCR）改善（ISCR）37

杂波中可见度（SCV）38

杂波间可见度（ICV）38

滤波器失配损耗39

杂波可见度因子（Voc）39

2.6 改善因子的计算39

2.7 杂波滤波器的最优设计43

2.8 MTI系统杂波滤波器设计47

参差的设计方法53

反馈和脉冲间参差56

参差对改善因子所产生的限制56

时变加权57

速度响应曲线第一凹点的深度58

2.9 气象雷达MTI滤波器设计59

2.10 杂波滤波器组设计63

滤波器的经验设计64

切比雪夫滤波器组64

快速傅里叶变换滤波器组67

使用约束的最佳化技术的滤波器组设计67

2.11 接收机限幅引起的性能降低69

2.12 雷达系统稳定性要求75

系统不稳定性75

量化噪声对改善因子的影响81

与脉冲压缩有关的考虑82

2.13 动态范围和A/D转换方面的考虑85

2.14 自适应MTI87

2.15 雷达杂波图89

2.16 速度灵敏度控制（SVC）93

SVC的概念93

距离和距变率模糊分辨力94

2.17 适用于MTI雷达系统的几点考虑96

硬件考虑96

环境上的考虑99

参考文献103

第3章 机载动目标显示（AMTI）雷达106

3.1 采用机载MTI技术的系统106

3.2 覆盖范围的考虑107

3.3 AMTI性能驱动因素107

3.4 平台运动和高度对MTI性能的影响108

斜距对多普勒偏移的影响109

时间平均杂波相干机载雷达（TACCAR）110

平台运动的影响112

3.5 平台运动的补偿（垂直天线孔径方向上的）113

电子偏置相位中心天线113

天线副瓣内的功率114

3.6 扫描运动的补偿116

补偿方向图的选择118

3.7 平台运动与扫描运动同时补偿119

3.8 平台前向运动补偿122

3.9 时空自适应运动补偿123

引言123

最佳自适应加权（McGuffin）124

空时自适应处理结构的分类（Ward）125

多普勒前单元天线空时自适应处理125

多普勒前波束-空间的空时自适应处理127

多普勒后单元天线空时自适应处理128

多普勒后波束空间空时自适应处理128

实现上的考虑129

性能比较129

3.10 多重谱的影响130

3.11 AMTI雷达系统示例131

参考文献132

第4章 脉冲多普勒（PD）雷达133

4.1 特性和应用133

术语133

应用134

脉冲重复频率134

脉冲多普勒频谱135

模糊和脉冲重复频率（PRF）的选择137

距离波门139

时间基线的定义140

基本组成141

4.2 PD杂波144

概述144

固定雷达的地物杂波145

运动雷达的地物杂波145

杂波回波：通用方程146

主瓣杂波146

主瓣杂波的滤波147

杂波瞬态抑制147

高度线杂波的消隐148

副瓣杂波148

离散副瓣杂波148

4.3 动态范围及稳定度要求152

动态范围152

稳定度要求155

4.4 距离及多普勒解模糊158

多重离散PRF测距158

解多普勒模糊160

高PRF测距160

4.5 模式及波形设计162

目标搜索162

目标跟踪164

多目标跟踪（MTT）165

4.6 测距性能165

雷达距离方程165

系统损耗166

虚警概率170

探测概率171

缩略语表173

参考文献175

第5章 战斗机多功能雷达系统179

5.1 引言179

多功能雷达结构180

多功能战斗机雷达软件结构183

距离多普勒情况184

有源电扫阵列（AESA）185

5.2 典型任务和模式187

空-面任务剖面187

空-面模式序列187

各模式的波形变化188

空-空任务剖面189

空-空模式序列190

定时结构191

5.3 空-空模式的描述和波形192

空-空搜索、截获和跟踪——中重频192

中重频——典型距离-多普勒盲区图193

中重频选择的算法193

距离选通高重频195

RGHPRF选择的算法197

非合作空中目标识别197

气象规避198

空中数据链199

雷达孔径数据连接200

信标会合和队形保持201

大功率-孔径干扰201

5.4 空地模式说明及波形202

地形跟随和地形规避202

地形高度评估203

地形数据库融合203

海面搜索、截获和跟踪204

逆合成孔径雷达（ISAR）204

空对地测距206

精确速度更新206

监听或被动收听206

多普勒波束锐化（DBS）206

合成孔径雷达208

DBS或SAR PRF，脉冲长度和压缩选择209

地面动目标显示（GMTI）和跟踪（GMTT）210

对地面动目标设门限211

典型GMT武器投放212

导弹性能评估、跟踪和更新213

AGC、校准和自测213

参考文献214

第6章 雷达接收机219

6.1 雷达接收机的组成219

6.2 噪声和动态范围的考虑221

定义222

计算224

6.3 带宽考虑225

定义225

重要特性225

去斜处理226

6.4 接收机前端227

组成227

特性对雷达性能的影响227

辐射频谱的寄生失真227

混频器的寄生响应228

混频器寄生效应图228

镜像抑制混频器229

放大器和混频器的特性230

6.5 本振230

本振的功能230

稳定本振的不稳定性230

相参振荡器和定时的不稳定性235

雷达的整机不稳定性235

低噪声频率源235

频率合成技术236

频率切换后的相位相参236

去斜处理237

6.6 增益控制237

灵敏度时间控制（STC）237

杂波图自动增益控制237

可编程增益控制237

增益归一化237

自动噪声电平控制238

增益控制部件238

6.7 滤波239

雷达整机系统的滤波239

匹配滤波239

接收机滤波239

滤波器特性240

距离副瓣242

通道匹配要求243

6.8 限幅器243

应用243

特性243

6.9 I/Q解调器244

应用244

实现245

增益或相位的失衡245

时间延迟和频率响应失衡246

I、Q通道的非线性247

直流偏置247

6.10 A/D转换器247

应用248

数据格式248

Delta-Sigma转换器248

性能特性248

输入噪声电平和动态范围250

A/D转换器采样时钟稳定性251

6.11 数字接收机252

数字下变频253

希尔伯特变换器254

I/Q误差255

用多速率处理和多相滤波器实现数字下变频255

多通道接收机考虑256

6.12 双频工作257

优点257

实现方法257

6.13 波形产生与上变频258

直接数字频率合成器258

倍频器259

波形上变频260

参考文献260

第7章 自动检测、自动跟踪和多传感器融合262

7.1 引言262

7.2 自动检测262

最佳检测器262

实用检测器263

虚警控制270

目标分辨力277

自动检测小结279

7.3 自动跟踪279

航迹文件281

雷达检测接受281

用关联的检测更新现有航迹282

Kalman滤波的调整286

跟踪坐标系的选择288

对付目标运动改变的自适应滤波289

已接受的检测和现有航迹的关联290

新航迹形成294

雷达调度及控制297

7.4 雷达组网298

7.5 不相似传感器的融合300

IFF融合301

雷达-DF（定向）方位选通脉冲融合301

参考文献304

第8章 脉冲压缩雷达309

8.1 引言309

8.2 脉冲压缩波形类型310

线性调频（LFM）310

非线性调频波形（NLFM）318

相位编码波形322

时间-频率编码波形329

8.3 影响选择脉冲压缩系统的因素331

8.4 脉冲压缩的实现与雷达系统实例331

数字波形产生332

数字脉冲压缩332

脉冲压缩雷达实例333

展宽脉冲的压缩334

展宽脉冲压缩雷达实例337

附录339

信号分析总结339

雷达发射波形340

匹配滤波器341

滤波器匹配损失341

模糊函数342

匹配滤波器时间响应342

时间延迟和多普勒频率中目标分辨的条件343

参考文献343

第9章 跟踪雷达347

9.1 引言347

9.2 单脉冲（同时形成多个天线波束）349

比幅单脉冲349

比相单脉冲356

电扫相控阵单脉冲357

双通道单脉冲358

锥扫单脉冲359

9.3 扫描和波束转换360

9.4 跟踪雷达的伺服系统361

9.5 目标捕获和距离跟踪363

捕获363

距离跟踪364

第n次发射之后才返回的跟踪366

9.6 特殊单脉冲技术367

双波段单脉冲367

镜面扫描的天线（逆卡塞格伦）367

轴上跟踪368

9.7 误差源368

9.8 目标引起的误差（目标噪声）369

幅度噪声369

角度噪声（闪烁）372

距离噪声（距离闪烁）376

多普勒闪烁及谱线377

9.9 其他引起误差的外部因素378

多路径378

正交极化能量引起的串扰380

对流层传播381

9.10 内部的误差源382

接收机热噪声382

其他内部误差源382

9.11 误差来源总结383

角度测量误差383

距离测量误差385

性能的局限386

9.12 误差减小技术386

多路径误差的减小386

目标角度与距离闪烁的减小386

内部产生的误差的减小387

参考文献387

第10章 雷达发射机390

10.1 引言390

发射机在雷达系统中的作用390

雷达发射机的类型390

放大器与振荡器的对比392

10.2 线性注放大器392

速调管393

多注速调管（MBK）394

行波管（TWT）395

降压收集极397

速调管和行波管的变种397

10.3 磁控管399

同轴磁控管400

磁控管的局限性401

民用航海雷达用磁控管401

10.4 正交场放大器402

10.5 回旋管402

10.6 发射机频谱控制403

减小寄生信号输出404

减小超过（sinx）/x的频谱振幅404

用整形脉冲改善频谱404

多普勒雷达中的频谱噪声405

10.7 栅控管405

同轴管405

恒效率放大管（CEA）406

栅控管的应用406

10.8 调制器407

10.9 射频功率源的选择408

关于不同雷达真空管用途的扼要看法409

雷达发射机用固态放大器410

参考文献411

第11章 固态发射机414

11.1 引言414

11.2 固态器件的优点414

11.3 固态器件417

技术和结构417

峰值和平均功率限制420

硅双极结型晶体管421

硅横向扩散金属氧化物半导体场效应晶体管（LDMOS FET）422

GaAs PHEMT424

宽禁带半导体426

11.4 固态集中式发射机的设计427

放大器和模块设计428

功率合成429

幅度和相位敏感度432

谱辐射432

11.5 固态相控阵发射机的设计432

微波单片集成电路（MMIC）433

收发组件特性436

11.6 固态系统实例438

铺路爪（UHF频段预警雷达）438

AN/SPS-40舰载搜索雷达439

RAMP（L波段空中交通管制发射机）441

参考文献442

第12章 反射面天线444

12.1 引言444

雷达反射面天线的作用444

天线波束扫描444

雷达反射面天线的优点和应用444

反射面天线的分类445

本章结构445

12.2 基本原理和参数446

孔径增益与损耗447

方向性增益和馈源损耗447

孔径场分析方法447

锥削效率448

溢出损失448

馈源遮挡449

增益优化449

表面泄漏损失452

表面公差损耗454

馈源偏移455

支杆遮挡455

12.3 反射面天线的结构456

抛物反射面天线457

抛物柱面天线458

赋形反射面459

多反射面天线460

球反射面463

12.4 反射面的馈源464

基本馈源465

单脉冲馈源465

阵列馈源467

12.5 反射面天线分析469

反射面天线的物理光学分析法469

反射面天线的几何光学分析法（包括GTD和UTD）471

反射面天线的全波分析法471

反射面天线设计和分析的计算程序471

12.6 机械设计方面的考虑473

安装是机械设计着重考虑的因素473

质量、体积、折叠、展开和精密机械指向系统474

环境因素及相应考虑475

天线罩476

致谢477

参考文献477

第13章 相控阵雷达天线480

13.1 引言480

相控阵雷达480

阵列扫描485

13.2 阵列理论487

二元阵487

线阵488

单元因子和平面阵增益490

13.3 平面阵列和波束控制492

平面阵列492

单元配相运算495

13.4 孔径匹配和互耦495

孔径匹配的重要性495

互耦的影响496

单元波瓣497

稀疏阵498

自由空间的阻抗变化499

互耦和表面波499

阵列模拟器500

扫描阻抗变化的补偿501

小阵501

13.5 低副瓣相控阵502

照射函数502

误差的影响503

随机误差504

13.6 量化效应507

相位量化507

周期误差508

13.7 相控阵的带宽510

孔径效应511

馈电效应512

宽瞬时带宽514

时延网络516

13.8 馈电网络（波束形成器）517

光学馈电系统517

强制馈电517

串联馈电518

并联馈电519

子阵520

13.9 移相器521

二极管移相器521

铁氧体移相器522

13.10 固态组件523

13.11 多个同时的接收波束524

13.12 数字波束形成525

13.13 辐射方向图置零526

13.14 有源相控阵天线校准528

13.15 相控阵系统529

洛克希德·马丁公司的相控阵雷达529

诺斯罗普·格鲁门公司的相控阵雷达532

雷声公司的相控阵雷达534

参考文献536

第14章 雷达截面积&.542

14.1 引言542

七种基本回波机制543

14.2 回波功率的概念544

RCS的定义544

RCS特性举例545

14.3 RCS预估方法555

精确方法555

近似方法558

14.4 RCS测量方法563

一般要求563

室外测试场566

室内测试场567

14.5 雷达回波抑制570

雷达波吸收材料570

整形&.572

低雷达截面积运载工具573

参考文献576

第15章 海杂波579

15.1 引言579

15.2 海表面580

海波频谱581

一般性的海表面描述方法582

破碎海浪和其他海表面的扰动583

15.3 海杂波的经验特性584

杂波统计585

一般趋势586

海杂波与风速、风向的关系588

海杂波在大入射余角时的情况591

海杂波在小入射余角时的情况592

海杂波在极小入射余角时的情况594

高频和毫米波频率的情况595

海杂波谱595

其他环境因素的影响598

15.4 海杂波理论和模型601

基于整体边界值问题的理论602

海表面特征的散射606

海表面几何学的含义607

数字方法609

实验室研究的角色609

15.5 总结和结论610

参考文献610

第16章 地物回波617

16.1 引言617

理论和经验论的相对重要性618

现有的散射数据619

16.2 影响地物回波的参数619

16.3 理论模型及其局限性621

地面描述621

简化的模型622

物理光学模型623

小扰动和双尺度模型624

其他模型625

16.4 地物回波的衰落626

衰落速率的计算627

检波的效应629

动目标表面630

16.5 地物回波测量技术631

连续波和调频连续波系统631

测距系统633

连续波-多普勒散射仪633

测量精度所需的独立抽样634

接近垂直入射的问题635

地面的和直升机散射仪和频谱仪636

由图像测得的散射系数638

双基地测量638

16.6 散射系数的一般模型（杂波模型）638

16.7 散射系数数据644

粗糙度、潮湿度和植被覆盖的影响645

土壤湿度647

植被649

雪650

海冰653

16.8 测极化法655

16.9 掠射附近的散射系数数据658

16.10 成像雷达判读659

参考文献661

第17章 合成孔径雷达（SAR）670

17.1 SAR的基本原理670

17.2 SAR的早期历史670

17.3 SAR的分类671

聚焦合成孔径雷达的先驱671

聚焦合成孔径雷达的分类672

合成孔径雷达分辨率的改善674

17.4 合成孔径雷达的分辨率674

距离分辨率674

横向分辨率676

合成孔径雷达分辨率总结676

17.5 合成孔径雷达的关键方面677

等距离线和等速度线677

运动补偿679

倾斜平面和地平面679

合成孔径雷达对脉冲重复频率（PRF）的要求680

距离徙动681

其他处理功能682

17.6 SAR图像质量682

点扩散函数（Point-Spread Function）682

信噪比（Signal-To-Noise,SNR)683

积分副瓣比（Integrated SideLobe Ratio,ISLR)684

乘性噪声比（Multiplicative Noise Ratio,MNR)684

SAR图像与光学图像的对比684

17.7 SAR公式小结687

17.8 SAR的特殊应用688

极化SAR（Polarimetric SAR）688

SAR图像中的运动目标688

SAR图像中的振动目标691

目标高度的测量692

阴影693

簇叶穿透（Foliage-Penetration）SAR697

参考文献698

第18章 星载遥感雷达702

18.1 展望702

动机702

涵盖和未涵盖的主题702

轨道的基本特性703

对硬件的评论705

本章的组织705

18.2 合成孔径雷达（SAR）705

飞行系统706

其他星载SAR712

星载SAR设计相关的问题716

模糊限制下的潜力挖掘721

多通道：干涉测量和极化723

应用727

18.3 高度计727

概观728

飞行系统730

轨道方面的考虑734

理论基础735

测地卫星（Geosat）：测地任务738

CryoSat：冰层测量任务739

18.4 行星探测雷达740

飞行系统740

雷达对行星上冰的探索743

Magellan：创新的金星成像器744

混合极化结构747

18.5 散射计748

矢量风的提取749

测量精度750

趋势750

飞行系统750

Aquarius753

18.6 雷达探测器753

地表探测飞行系统754

大气和电离层探测飞行系统756

参考文献757

第19章 气象雷达766

19.1 引言766

19.2 气象目标的雷达方程767

19.3 设计考虑因素770

衰减的影响770

距离和速度模糊775

地杂波的影响776

典型的气象雷达设计776

极化测量雷达780

雷达校正780

19.4 信号处理781

频谱矩量的估算781

测量精度783

脉冲压缩784

白化785

短驻留时间谱（最大熵）785

处理器实现785

19.5 操作应用786

降雨测量786

强暴风雨告警788

19.6 研究上的应用792

双极化／波长雷达792

多雷达系统792

快速扫描（相控阵）雷达794

机载雷达795

星载雷达796

晴空风廓线雷达796

参考文献798

第20章 高频超视距雷达（HFOTHR）807

20.1 引言807

20.2 雷达方程810

20.3 影响天波雷达设计的因素812

高频雷达与微波雷达之间的主要差别812

天波雷达设计的含义814

20.4 电离层和无线电波传播816

电离层结构817

电离层易变性818

模型及应用821

计算方面和射线描迹822

其他模型和传播问题823

20.5 HF雷达的波形823

20.6 发射系统824

发射机824

天线825

20.7 雷达截面积827

20.8 杂波：来自环境的回波829

地球表面回波829

地杂波830

海杂波830

雷达海洋学833

海况、波谱和海风评估835

流星尾迹和电离层中其他不规则性造成的散射836

20.9 噪声、干扰和频谱占用838

频谱占用图839

噪声模型841

20.10 接收系统843

天线843

接收机843

校准845

20.11 信号处理和跟踪846

信号分析和目标探测846

跟踪849

20.12 雷达资源管理850

20.13 雷达性能建模851

NRL-ITS雷达性能模型852

Jindalee雷达性能模型861

其他建模方法862

附录 HF表面波雷达863

一般特性和能力863

HFSWR系统的传播考虑因素865

散射：目标和杂波867

性能建模868

参考文献869

第21章 地面穿透雷达877

21.1 引言877

21.2 在物质中传播的物理特性881

引言881

衰减882

反射883

杂波884

极化884

速度884

色散885

深度分辨率885

平面分辨率886

21.3 建模886

21.4 材料性质890

21.5 地面穿透雷达系统892

21.6 调制技术892

时域雷达893

频域雷达894

伪随机编码雷达895

21.7 天线895

21.8 信号和图像处理899

21.9 应用903

21.10 许可906

参考文献907

第22章 民用航海雷达909

22.1 引言909

22.2 挑战910

环境的挑战910

探测性能911

垂直波束分裂913

移动的平台914

22.3 国际标准914

22.4 技术916

天线916

射频天线头918

探测与处理919

固态CMR920

22.5 目标跟踪922

22.6 用户界面923

海图雷达925

22.7 与AIS的集成926

22.8 雷达信标928

雷达信标928

SART929

雷达目标增强器930

22.9 验证测试930

22.10 船舶跟踪服务931

附录 早期的CMR933

与航海雷达相关的缩略语表934

致谢935

参考文献935

第23章 双基雷达938

23.1 概念和定义938

23.2 坐标系939

23.3 双基雷达方程941

基准距离概念941

距离方程941

卡西尼卵形线942

23.4 应用944

23.5 双基多普勒关系949

目标多普勒949

多普勒等值线950

23.6 目标定位951

双基定位951

多基定位952

23.7 目标截面积953

伪单基RCS区953

双基RCS区954

双基RCS区中闪烁的减小954

前向散射RCS区954

23.8 表面杂波956

双基散射系数956

23.9 独特的问题和要求958

波束同步扫描958

非合作式射频（RF）环境961

参考文献963

第24章 电子反对抗970

24.1 引言970

24.2 术语970

24.3 电子支援措施（ESM）971

24.4 电子对抗措施（ECM）973

24.5 ECCM技术的目的及分类法975

24.6 与天线有关的ECCM技术977

副瓣消隐（SLB）系统978

副瓣对消（SLC）系统980

联合使用SLB和SLC983

自适应阵列天线985

子阵级上的自适应989

超分辨992

24.7 与发射机有关的ECCM994

24.8 与接收机有关的ECCM995

24.9 与信号处理有关的ECCM996

相参处理996

CFAR997

24.10 操作与部署技术998

24.11 ECCM技术的应用999

监视雷达999

跟踪雷达1001

相控阵雷达1003

成像雷达1007

超视距雷达1010

24.12 ECCM和ECM效能1012

干扰和箔条环境中的雷达方程1013

首字母缩略词一览表1014

致射1016

参考文献1017

第25章 雷达数字信号处理1027

25.1 引言1027

25.2 接收通道处理1028

信号采样基础1028

数字下变频（DDC）1031

信号采样方面的考虑1038

数字多波束的波束形成1039

数字脉冲压缩1041

25.3 发射通道处理1042

直接数字综合器（DDS）1042

数字上变频（DUC）1043

25.4 DSP工具1043

相移1043

数字滤波器与应用1046

离散傅里叶变换（DFT）1052

25.5 设计中的考虑1053

时间依赖性1054

硬件实现技术1054

25.6 总结1056

致谢1057

参考文献1057

第26章 雷达方程中的传播因子Fp1058

26.1 前言1058

26.2 地球大气层1058

结构和特性1058

对流层1059

26.3 折射1059

折射指数1059

折射率和对流层中的修正折射率1059

26.4 标准传播1060

正常／标准折射1060

自由空间传播1060

多径干扰和表面反射1061

绕射1061

对流层散射1062

26.5 异常传播1062

亚折射1062

超折射1062

俘获1063

大气管道1063

表面管道1065

蒸发管道1066

抬高的管道1067

26.6 传播建模1067

球形扩展或自由空间传播模型1068

有效地球半径模型1069

波导模型1069

抛物线方程模型1069

混合模型1070

26.7 EM系统评估程序1071

26.8 AREPS雷达系统评估模型1075

26.9 AREPS的雷达显示1076

参考文献1078