編輯推薦
《雷達手冊(第3版)》是集閤全球37位雷達專傢、學者撰寫而成的,涵蓋瞭雷達的基礎到重要應用,包括瞭雷達領域的新熱點和發展。
內容簡介
雷達是電子工程係統的一個重要例子。在大學工科課程中,人們通常把重點放在諸如電路設計、信號、固態器件、數字處理、電子設備、電磁場、自動控製和微波等電子工程的基本工具上。然而,在電子工程實踐的現實世界中,這些隻是構成一些為有用目的而開發的不同類型係統的技術、分機或子係統。
作者簡介
斯科尼剋(Memll I.Skolnik),曾擔任美國海軍研究實驗室雷達分部主管超過30年。在此之前,他在麻省理工大學林肯實驗室、國防分析研究所和電子通信公司研究分部期間參與瞭雷達的發展。他是McGraw-Hill廣受歡迎的《雷達係統導論》一書的作者,該書已齣第三版。他同時也是《雷達應用》一書的主編和IEEE學報的前編輯。他在(美國)約翰霍普金斯大學獲得工學博士學位,也在那裏獲得瞭電子工程的工學學士及碩士學位。他是美國國傢工程科學院的院士、IEEE會士、IEEE Dennis J.Picard雷達技術與應用奬的首位獲奬者。
內頁插圖
目錄
第1章 雷達概論
1.1 雷達簡介
雷達基本組成
雷達發射機
雷達天綫
1.2 雷達類型
1.3從雷達迴波可獲取的信息
距離
徑嚮速度
角方嚮
尺寸及形狀
雷達中帶寬的重要性
信噪比
在多個頻率上工作
雷達中的多普勒頻移
1.4 雷達方程
1.5 雷達頻率的字母頻帶名稱
1.6 工作頻率對雷達的影響
高頻(HF.3 ~30MHz)
甚高頻(VHE30~300MHz)
超高頻(UHF.3 00MHz~1GHz)
L波段(1.0"..2.0GHz)
s波段(2.0~4.0GHz)
C波段(4.O~8.0GHz)
X波段(8.0~12.0GHz)
Ku、K和Ka波段(12.0~40.0GHz)
毫米波波段
激光雷達
1.7 雷達命名規範
1.8 雷達過去的一些進展
1.9 雷達應用
軍事應用
環境遙感
空中交通管製
其他應用
1.10 雷達係統方案設計
一般指導方針
雷達方程在方案設計中的作用
參考文獻
第2章 動目標顯示(MTI)雷達
2.1 序言
2.2 MTI雷達介紹
MTI方框圖
動目標檢測器(MTD)方框圖
2.3 對動目標的雜波濾波器響應
2.4 雜波特性
頻譜特性
幅度特性
2.5 定義
改善因子(I)
雜波衰減
信雜比(SCR)改善(ISCR)
雜波中可見度(SCV)
雜波間可見度(ICV)
濾波器失配損耗
雜波可見度因子(V)
2.6 改善因子的計算
2.7 雜波濾波器的最優設計
2.8 MTI係統雜波濾波器設計
參差的設計方法
反饋和脈衝間參差
參差對改善因子所産生的限製
時變加權
速度響應麯綫第一凹點的深度
2.9 氣象雷達MTL濾波器設計
2.10 雜波濾波器組設計
濾波器的經驗設計
切比雪夫濾波器組
快速傅裏葉變換濾波器組
使用約束的最佳化技術的濾波器組設計
2.1 1接收機限幅引起的性能降低
2.1 2雷達係統穩定性要求
係統不穩定性
量化噪聲對改善因子的影響
與脈衝壓縮有關的考慮
2.1 3動態範圍和A/D轉換方麵的考慮
2.1 4自適應MTI
2.1 5雷達雜波圖
2.1 6速度靈敏度控製(SVC)
SVC的概念
距離和距變率模糊分辨力
2.1 7適用於MTI雷達係統的幾點考慮
硬件考慮
環境上的考慮
參考文獻
第3章 機載動目標顯示(AMTI)雷達
3.1 采用機載MTI技術的係統
3.2 覆蓋範圍的考慮
3.3 AMTI性能驅動因素
3.4 平颱運動和高度對MTI性能的影響
斜距對多普勒偏移的影響
時間平均雜波相乾機載雷達(TACCAR)
平颱運動的影響
3.5 平颱運動的補償(垂直天綫孔徑方嚮上的)
電子偏置相位中心天綫
天綫副瓣內的功率
3.6 掃描運動的補償
補償方嚮圖的選擇
3.7 平颱運動與掃描運動同時補償
3.8 平颱前嚮運動補償
3.9 時空白適應運動補償
引言
最佳自適應加權(McGuffin)
空時自適應處理結構的分類(Ward)
多普勒前單元天綫空時自適應處理
多普勒前波束一空間的空時自適應處理
多普勒後單元天綫空時自適應處理
多普勒後波束空間空時自適應處理
實現上的考慮
性能比較
3.10 多重譜的影響
3.11 AMTI雷達係統示例
參考文獻
第4章 脈衝多普勒(PD)雷達
4.1 特性和應用
術語
應用
脈衝重復頻率
脈衝多普勒頻譜
模糊和脈衝重復頻率(PRF)的選擇
距離波門
時間基綫的定義
基本組成
4.2 PD雜波
概述
固定雷達的地物雜波
運動雷達的地物雜波
雜波迴波:通用方程
主瓣雜波
主瓣雜波的濾波
雜波瞬態抑製
高度綫雜波的消隱
副瓣雜波
離散副瓣雜波
4.3 動態範圍及穩定度要求
動態範圍
穩定度要求
4.4 距離及多普勒解模糊
多重離散PRF測距
解多普勒模糊
高PRF測距
4.5 模式及波形設計
目標搜索
目標跟蹤
多目標跟蹤(MTT)
4.6 測距性能
雷達距離方程
係統損耗
虛警概率
探測概率
縮略語錶
參考文獻
第5章 戰鬥機多功能雷達係統
5.1 引言
多功能雷達結構
……
第6章 雷達接收機
第7章 自動檢測、自動跟蹤和多傳感器融閤
第8章 脈衝壓縮雷達
第9章 跟蹤雷達
第10章 雷達發射機
第11章 固態發射機
第12章 反射麵天綫
第13章 相控陣雷達天綫
第14章 雷達截麵積
第15章 海雜波
第16章 地物迴波
第17章 閤成孔徑雷達(SAR)
第18章 星截遙感雷達
第19章 氣象雷達
第20章 高頻超視距雷達(HFOTHR)
第21章 地麵穿透雷達
第22章 民用航海雷達
第23章 雙基雷達
第24章 電子反對抗
第25章 雷達數字信號處理
第26章 雷達方程中的傳播因子FP
參考文獻
精彩書摘
在檢測判決做齣後,就可以確定目標的軌跡,即在一段時間上測得的目標位置的軌跡。這是數據處理的一個例子。處理過的目標檢測信息或軌跡可顯示給操作者;或用來自動引導導彈到目標;或雷達輸齣可以經過進一步處理以提供目標性質的其他信息。雷達控製器保證雷達的不同部分協同工作,例如它給雷達的不同部分按需要提供定時信號。
雷達工程師有可提供良好多普勒處理的時間、提供良好距離分辨率的帶寬、提供大天綫的空間及提供遠距離性能和精確測量的能量等資源。影響雷達性能的外部因素包括目標特性,可能通過天綫進入的外界噪聲,來自大地、海洋、鳥群或降雨等無用的雜波迴波,來自其他電磁輻射源的乾擾;地球錶麵和大氣造成的傳播效應。這裏提及這些因素是為瞭強調它們在雷達的設計和應用中非常重要。
雷達發射機不僅必須能夠産生在最大距離上檢測期望目標需要的峰值和平均功率,而且要能産生特定應用所需要的閤適波形和穩定性的信號。發射機可以是振蕩器或放大器,但後者通常有更多的優點。
雷達中使用過很多類型的功率源(參見第10章)。磁控管功率振蕩器在一個時期曾經非常流行,但現在除瞭民用航海雷達(參見第22章)以外幾乎不用。由於磁控管相對低的平均功率(1~2kW)和差的穩定性,對需要在遠距離強雜波中檢測小動目標的應用,其他的功率源通常更閤適。磁控管功率振蕩器是正交場管的一個例子。與之相關的還有在過去某些雷達中使用過的正交場放大器(CFA),但是它在重要的雷達應用中也受到限製,特彆是需要在雜波中檢測動目標的場閤。大功率速調管及行波管(TWT),是綫性電子注管的例子。雷達常在大功率時采用此類管子,二者都有多普勒處理需要的閤適的大帶寬及穩定性,因此一直很流行。
……
前言/序言
雷達是電子工程係統的一個重要例子。在大學工科課程中,人們通常把重點放在諸如電路設計、信號、固態器件、數字處理、電子設備、電磁場、自動控製和微波等電子工程的基本工具上。然而,在電子工程實踐的現實世界中,這些隻是構成一些為有用目的而開發的不同類型係統的技術、分機或子係統。除瞭雷達和其他的傳感器係統,電子係統包括通信、控製、能源、信息、工業、軍事、導航、娛樂、醫藥和其他一些係統。這些是電子工程實踐的對象。如果沒有它們,就不會需要電子工程師瞭。然而實踐的工程師在涉及製造一個新型的電子工程係統時,常常需要依靠獲取他(她)所學工科課程之外的知識。例如雷達工程師,需要理解構成一部雷達的主要元器件及分係統,同時要理解它們是如何協同工作的。《雷達手冊》試圖對這個任務有所幫助。除瞭雷達係統設計者之外,希望那些負責采購新型雷達係統、使用和維護雷達以及管理進行以上工作的工程師的人,同樣能發現《雷達手冊》對完成此類任務有所幫助。
《雷達手冊》的第三版是雷達在民用及軍用領域的發展和運用在用途和技術改進方麵不斷發展的一個明證。以下是自第二版問世以來,在雷達領域齣現的眾多新進展中的一部分:
·數字技術大量用於改進的信號處理、數據處理、判決、靈活的雷達管理以及多功能雷達中。
·多普勒氣象雷達。
·地麵動目標顯示GMTI。
·由MIT林肯實驗室獲得的豐富的試驗用於描述低視角地雜波的數據庫,取代瞭第二次世界大戰以來廣泛使用的雜波模型。
·認識到低掠射角微波海麵迴波主要由所謂的“海麵峰”所緻。
·采用固態組件的有源孔徑相控陣雷達係統,又稱為有源電掃描陣列(AESA),它對需要管理功率及空間覆蓋範圍的某些多功能雷達應用具有吸引力。
·用雷達探索行星。
·基於計算機預測在真實環境中電磁波傳播性能的方法。
·高頻超視距雷達的實際應用。
·改進的探測雜波中動目標方法,包括空時自適應處理。
·逆閤成孔徑雷達目標識彆的實際應用。
·乾涉閤成孔徑雷達(InSAR),用來獲得已分辨齣的散射體的高度,或在SAR.場景圖像中檢測地麵動目標。
·高精度星載高度計,以厘米級的精度測量大地水平麵。
·探地超寬帶雷達及類似應用。
雷達手冊(第3版):深耕信息獲取與認知邊界的理論與實踐 《雷達手冊(第3版)》並非一本僅僅羅列探測設備性能參數的工具書,它是一部係統梳理與深入剖析信息獲取技術核心原理、前沿發展及其在廣闊應用場景中演化路徑的鴻篇巨著。本書旨在為讀者構建一個全麵且深刻的雷達技術知識體係,從最基礎的物理學定律齣發,逐步深入到復雜的信號處理算法、係統設計權衡以及新興技術驅動下的應用拓展,引領讀者跨越理論的海洋,抵達實踐的彼岸。 第一部分:奠基與溯源——電磁波的語言與探測的智慧 開篇,本書便迴歸到信息獲取的本源——電磁波。它將帶領讀者迴顧電磁波的産生、傳播、散射等基本物理現象,並深入探討這些現象如何成為信息傳遞的載體。從麥剋斯韋方程組的優雅推導,到惠更斯原理的直觀闡釋,再到不同介質中電磁波的反射、摺射、衍射與吸收的機理,本書以嚴謹的物理學視角,為雷達工作的微觀基礎奠定堅實的根基。 隨後,進入雷達係統的核心——電磁波與目標相互作用的奧秘。這裏,本書將詳細闡述目標散射截麵(RCS)的概念,解析不同形狀、材料目標對電磁波的散射特性,以及它們如何影響雷達信號的接收。讀者將理解,為何同樣的雷達麵對不同的目標會呈現截然不同的探測效果,並學習如何通過優化雷達參數和信號設計來應對復雜的散射環境。 第二部分:雷達係統的構建與運行——從硬件到軟件的精密協同 理論的基石之上,本書將逐一解構雷達係統的各個關鍵組成部分。高功率發射機、低噪聲接收機、高效的信號處理器以及精確的天綫係統,每一個環節的原理、設計考量與技術挑戰都將被細緻地闡述。 關於發射機,本書將深入探討不同類型發射機(如脈衝發射機、連續波發射機)的工作原理、優缺點,以及如何通過功率放大、頻率閤成等技術提升信號的強度和穩定性。接收機部分,則聚焦於如何捕捉微弱的迴波信號,包括低噪聲放大器(LNA)、混頻器、采樣器等關鍵器件的性能指標和設計要點。 天綫係統作為雷達的“眼睛”,其重要性不言而喻。本書將詳細講解不同類型天綫(如拋物麵天綫、相控陣天綫、毫米波天綫)的輻射特性、波束形成原理,以及如何通過精確的指嚮控製和波束切換實現對目標的有效探測與跟蹤。對於尤其重要的相控陣天綫,本書將深入剖析其電子掃描的原理、相位控製技術以及在現代雷達設計中的核心地位。 信號處理器是雷達的“大腦”,負責將原始的接收信號轉化為有用的信息。本書將從基礎的信號采樣、數字化開始,逐步深入到脈衝壓縮、多普勒處理、雜波抑製、目標檢測等核心算法。巴特沃斯濾波器、切比雪夫濾波器等經典濾波器的設計原理,匹配濾波器、綫性調頻(Chirp)脈衝壓縮等關鍵技術,以及卡爾曼濾波器、粒子濾波器等先進跟蹤算法,都將得到詳盡的介紹與分析。讀者將學習如何通過精妙的信號處理算法,從噪聲和乾擾中提取齣微弱的目標迴波。 第三部分:信號的智慧——信息提取與目標識彆的深度探索 本部分將聚焦於雷達信號處理的進階應用,以及如何從迴波信號中挖掘齣更豐富的信息。 目標檢測是雷達的首要任務,本書將深入探討各種檢測準則,如CFAR(恒定虛警率)檢測,以及不同CFAR算法(如單元平均CFAR、排序CFAR)的工作原理與性能分析,確保雷達在復雜環境中都能有效地發現目標。 當目標被檢測到後,如何精確地確定其位置、速度和運動軌跡,便是目標跟蹤的範疇。本書將詳細介紹單目標跟蹤和多目標跟蹤的不同方法,包括卡爾曼濾波及其變種(如擴展卡爾曼濾波器EKF、無跡卡爾曼濾波器UKF)、粒子濾波等,並分析其在不同場景下的適用性。 更進一步,本書將探討雷達在目標識彆方麵的能力。通過對目標散射特性的細緻分析,包括微多普勒效應、極化散射等,以及結閤先進的機器學習和模式識彆技術,雷達可以實現對不同類型目標的區分和識彆,例如識彆飛機型號、區分無人機與鳥類等。本書將介紹相關的方法論和應用實例。 第四部分:雷達的疆域——多元應用與前沿展望 雷達技術並非孤立發展,它早已滲透到國民經濟和國傢安全的各個領域。《雷達手冊(第3版)》將係統地梳理雷達技術在這些領域的廣泛應用,並展望未來的發展趨勢。 在軍事領域,本書將深入剖析雷達在目標探測、跟蹤、火控、電子對抗等方麵的關鍵作用,包括地對空、空對空、海基、陸基等不同作戰平颱的雷達係統設計與應用。 在民用領域,本書將詳細介紹雷達在氣象探測(如天氣雷達、多普勒天氣雷達)、交通管理(如機場雷達、道路交通雷達)、科學研究(如深空探測雷達、測繪雷達)、自動駕駛(如毫米波雷達、激光雷達)以及工業監測等方麵的應用。 麵嚮未來,本書將聚焦於雷達技術的若乾前沿方嚮。例如,軟件定義雷達(SDR)如何賦予雷達係統更高的靈活性和可重構性;人工智能(AI)與雷達的融閤,將如何提升雷達的智能化水平,實現更強的目標識彆和決策能力;以及高分辨率雷達、低可探測性雷達、無源雷達等新型雷達技術的發展趨勢。 本書的獨特價值 《雷達手冊(第3版)》的價值並非僅在於知識的廣度,更在於其深度與係統性。它並非簡單地羅列技術,而是注重揭示技術背後的科學原理,強調不同技術之間的聯係與權衡。書中將穿插大量的數學模型、仿真結果和工程實例,幫助讀者將抽象的理論知識轉化為具體可感的工程實踐。 本書的敘述風格嚴謹而不失條理,力求以最清晰的邏輯和最準確的語言,將復雜的雷達技術呈現在讀者麵前。對於初學者,它提供瞭堅實的理論基礎;對於從業者,它提供瞭深入的參考和啓發;對於研究者,它更是理解雷達技術現狀與未來發展的重要橋梁。 總而言之,《雷達手冊(第3版)》是一部集理論深度、技術廣度、應用關聯性和前沿洞察力於一體的著作,它將帶領讀者在信息獲取的領域中,完成一次全麵而深刻的學習之旅,掌握電磁波的語言,理解探測的智慧,並洞悉雷達技術賦能未來的無限可能。