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內容簡介

本書在全麵歸納雷達係統原理的基礎上，對雷達性能進行瞭分析與數學建模。全書前6章為基礎理論部分，包括：雷達距離方程，目標檢測理論，目標、雜波和乾擾分析，雷達天綫分析，雷達信號波形設計和信號處理，傳播特性分析。第7章和第8章分彆介紹瞭雷達監視、雷達測量與跟蹤方法。最後一章對雷達損耗進行瞭分析。本書覆蓋瞭雷達係統性能分析和數學模型建設，內容係統、完整。每章後都附有參考文獻、習題、仿真程序及其說明，便於讀者進一步學習和研究。

作者簡介

David K. Barton，雷達係統谘詢專傢，現已從馬薩諸塞州ANRO工程有限公司退休。1992年被推選為IEEE會士，並於1997年成為美國工程院院士。2002年獲得IEEE Dennis J. Picard關於雷達技術和應用奬章。曾服務於美國空軍科學谘詢委員會、防禦情報局和陸軍研究實驗室。 David K. Barton，雷達係統谘詢專傢，現已從馬薩諸塞州ANRO工程有限公司退休。1992年被推選為IEEE會士，並於1997年成為美國工程院院士。2002年獲得IEEE Dennis J. Picard關於雷達技術和應用奬章。曾服務於美國空軍科學谘詢委員會、防禦情報局和陸軍研究實驗室。

目錄

第1章 雷達距離方程 1
1．1 雷達基礎 1
1．1．1 基本功能 1
1．1．2 雷達應用 3
1．1．3 雷達頻段 3
1．2 距離方程的推導 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 應答機和電子戰方程 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 13
1．3．2 搜索雷達方程的重要性 13
1．4 有源乾擾時的雷達作用距離 14
1．4．1 遠距離噪聲乾擾的等效溫度 14
1．4．2 乾擾有效性 15
1．4．3 欺騙性乾擾 16
1．4．4 自屏蔽和護衛乾擾 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 錶麵雜波：陸地和海麵 21
1．6 組閤乾擾下的探測距離 23
參考文獻 24
附錄1A：關於雷達方程的習題 24
附錄1B：提供的Mathcad工具 26
附錄1C：習題的解 27
第2章 目標檢測理論 28
2．1 噪聲統計 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 相對於理想係統的檢波器損耗 33
2．2．4 匹配濾波器及匹配損耗 33
2．3 脈衝串的積纍 34
2．3．1 相參積纍 35
2．3．2 視頻信號積纍 36
2．3．3 二進製積纍 38
2．3．4 纍積積纍 39
2．3．5 積纍器加權損耗 40
2．3．6 虛警時間 40
2．3．7 摺疊損耗 41
2．4 起伏目標的檢測 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信號的積纍 43
2．4．4 其他目標模型 45
2．4．5 分集增益 47
2．4．6 c2目標的通用方程式 48
2．4．7 起伏目標的二進製積纍 49
2．4．8 起伏目標的纍積積纍 49
2．5 順序檢測 50
2．5．1 兩步順序探測概率 50
2．5．2 有快速確認的順序檢測 50
2．5．3 延遲確認順序檢測 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：關於目標檢測的習題 58
附錄2B：提供的Mathcad工具 60
附錄2C：習題的解 60
第3 章 目標和乾擾 61
3．1 雷達橫截麵積的定義 61
3．1．1 等效球體 61
3．1．2 等效天綫 62
3．2 簡單物體的雷達橫截麵積 63
3．2．1 峰值RCS和波瓣結構 63
3．2．2 RCS與波長和姿態角的關係 63
3．2．3 諧振現象 65
3．2．4 RCS 的極化依賴性 66
3．3 復雜目標的RCS 67
3．3．1 Swerling目標模型 68
3．3．2 通用目標模型 70
3．3．3 目標譜和相關時間 70
3．3．4 相關頻率 71
3．4 橫截麵積的空間分布 71
3．4．1 目標閃爍 71
3．4．2 二元目標 72
3．4．3 角度、距離和多普勒閃爍 73
3．4．4 閃爍譜 74
3．5 雙基地橫截麵積 75
3．5．1 前嚮散射RCS 75
3．5．2 雙基地增強的範圍 75
3．6 雷達雜波 76
3．6．1 麵雜波 77
3．6．2 海雜波 78
3．6．3 地雜波 79
3．6．4 麵雜波幅度分布 81
3．6．5 麵雜波的速度譜 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範圍 85
3．6．9 體雜波的幅度分布 87
3．6．10 離散雜波源 87
3．7 乾擾 88
3．7．1 噪聲乾擾 88
3．7．2 欺騙乾擾 89
3．7．3 誘餌 89
參考文獻 90
附錄 3A：關於目標和乾擾的習題 91
附錄3B：提供的Mathcad工具 94
附錄3C：習題的解 95
第4章 雷達天綫 96
4．1 四個坐標上的雷達響應 96
4．1．1 雷達分辨力 96
4．1．2 可分離角度響應 97
4．1．3 天綫方嚮圖的互易性 99
4．2 天綫和陣列 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 天綫副瓣 103
4．2．5 反射麵天綫 104
4．2．6 透鏡天綫 108
4．2．7 平麵陣列天綫 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 陣列饋電係統 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 119
4．3．10 陣列帶寬 121
4．4 超低副瓣天綫 123
4．4．1 定義 123
4．4．2 掃描的超低副瓣天綫係統設計 124
4．4．3 超低副瓣反射麵天綫 126
4．5 多波束天綫 128
4．5．1 堆積波束係統 128
4．5．2 單脈衝天綫 130
4．5．3 焦平麵陣列饋源 133
4．5．4 數字波束形成 134
參考文獻 135
附錄4A：關於雷達天綫的習題 135
附錄4B：提供的Mathcad工具 138
附錄4C：習題的解 140
第5章 波形和信號處理 141
5．1 模糊函數 141
5．1．1 匹配濾波器的實現 142
5．1．2 矩形脈衝的響應 143
5．1．3 簡單脈衝的分辨力特性 145
5．2 脈衝壓縮 146
5．2．1 相位編碼脈衝壓縮 147
5．2．2 綫性調頻脈衝壓縮 148
5．2．3 非綫性調頻脈衝波形 151
5．2．4 脈衝壓縮波形的多普勒容差 154
5．3 動目標顯示 157
5．3．1 脈衝串的頻譜 157
5．3．2 脈衝串的模糊函數 159
5．3．3 最佳MTI濾波器 160
5．3．4 實用MTI濾波器的實現 161
5．3．5 參差PRF和PRF分集MTI 163
5．3．6 帶脈衝振蕩發射機的MTI 163
5．3．7 非相乾MTI 165
5．3．8 區域MTI 165
5．3．9 相乾MTI的性能 165
5．3．10 非相乾MTI的性能 170
5．3．11 存在移動雜波時的MTI 170
5．3．12 MTI係統的損耗 170
5．3．13 MTI係統中的可檢測性因子 172
5．4 脈衝多普勒 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：關於波形和信號處理的習題 188
附錄5B：提供的Mathcad工具 191
附錄5C：習題的解 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 穿過潮濕天綫罩的衰減 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 錶麵反射效應 204
6．2．1 傳播因子 204
6．2．2 錶麵反射幾何圖 204
6．2．3 反射係數 206
6．2．4 粗糙錶麵 208
6．2．5 植被因子 210
6．2．6 方嚮圖傳播因子對雷達探測範圍的影響 210
6．3 繞射 211
6．3．1 光滑球麵繞射 211
6．3．2 從繞射區到乾涉區的過渡 212
6．3．3 刀鋒繞射 213
6．3．4 粗糙錶麵效應 215
6．4 大氣摺射 216
6．4．1 指數形式基準大氣層 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 221
6．4．6 電離層繞射 221
6．4．7 法拉第鏇轉 222
參考文獻 224
附錄6A：關於雷達傳播的習題 225
附錄6B：提供的Mathcad工具 226
附錄6C：習題的解 227
第7章 雷達監視 228
7．1 監視雷達基礎 228
7．2 兩坐標對空監視雷達 230
7．2．1 兩坐標搜索問題的定義 230
7．2．2 駐留時間與波束寬度 232
7．2．3 孔徑麵積的限製 233
7．2．4 兩坐標監視的最小平均功率 233
7．2．5 功率與孔徑兩者之間經濟上的摺中方案 233
7．2．6 兩坐標雷達中傳播與雜波上的考慮 233
7．2．7 中程兩坐標空中交通管製雷達的實例 235
7．3 堆積波束三坐標監視雷達 237
7．3．1 三坐標搜索問題的定義 237
7．3．2 駐留時間與波束寬度 238
7．3．3 孔徑麵積與平均功率 238
7．3．4 堆積波束三坐標雷達中雜波方麵的考慮 239
7．3．5 遠程堆積波束三坐標雷達的實例 239
7．3．6 脈衝內掃描的三坐標雷達 241
7．4 波束掃描的三坐標監視雷達 241
7．4．1 掃描的波束駐留時間與波束寬度 242
7．4．2 孔徑麵積與平均功率 243
7．4．3 波束掃描三坐標雷達雜波上的考慮 244
7．4．4 波束掃描三坐標雷達的實例 244
7．4．5 多功能雷達的搜索模式 245
7．5 混閤型三坐標監視雷達係統 247
7．5．1 多仰角扇區中的堆積波束 247
7．5．2 多重掃描波束 247
7．6 地平綫掃描 248
7．6．1 幀時間與仰角波束寬度 248
7．6．2 典型的水平綫掃描問題 248
7．7 海用導航雷達 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 海用導航雷達的雷達方程 250
7．7．4 遠程海用導航雷達的實例 251
7．8 錶麵監視雷達 252
7．8．1 戰場監視 252
7．8．2 具有實孔徑的機載錶麵監視 253
7．8．3 閤成孔徑雷達的機載錶麵監視 255
7．8．4 空對麵目標瞄準 255
7．9 利用監視雷達數據進行跟蹤 256
7．9．1 目標報告誤差 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 監視雷達的ECM與ECCM 260
7．10．1 監視雷達的噪聲乾擾 261
7．10．2 在噪聲乾擾中監視雷達的探測距離 262
7．10．3 對監視雷達的欺騙乾擾 265
7．10．4 監視雷達采用的ECCM措施 266
7．10．5 監視雷達ECCM匯總 271
參考文獻 271
附錄7A：關於監視雷達的習題 273
附錄7B：提供的Mathcad工具 278
附錄7C：習題的解 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 順序和同時波束控製 284
8．2．2 圓錐掃描 285
8．2．3 扇區掃描 287
8．2．4 單脈衝雷達 288
8．2．5 單脈衝信號處理 293
8．3 距離跟蹤和測量 301
8．3．1 對單個脈衝的最佳估算器 301
8．3．2 對單個脈衝失配的估算器 303
8．3．3 脈衝串測距 304
8．3．4 數字信號處理機中的距離測量 306
8．4 多普勒測量 307
8．4．1 對單個脈衝或采樣的多普勒測量 307
8．4．2 對脈衝串的多普勒測量 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 動態滯後誤差 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 雷達誤差預算 324
8．6 跟蹤雷達的目標截獲 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 330
8．8．2 防止截獲 331
8．8．3 延遲截獲 331
8．8．4 距離和多普勒數據的拒絕 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：關於跟蹤雷達的習題 339
附錄8B：提供的Mathcad工具 343
附錄8C：習題的解 344
第9章 雷達損耗預算 345
9．1 損耗分類 345
9．1．1 雷達-目標係統中損耗的位置 345
9．1．2 恒定損耗、與目標有關的損耗和統計損耗 346
9．2 射頻饋綫損耗 346
9．2．1 發射機饋綫損耗 346
9．2．2 接收饋綫損耗 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 天綫損耗 350
9．4．1 天綫設計中固有的損耗 350
9．4．2 由於實際天綫實現所引起的損耗 352
9．4．3 由於天綫工作引起的損耗 355
9．4．4 總天綫損耗 357
9．5 接收機/處理機損耗 357
9．5．1 確定性損耗 357
9．5．2 統計損耗 361
9．6 損耗在雷達方程中的分配 366
9．6．1 天綫損耗 366
9．6．2 噪聲溫度 366
9．6．3 方嚮圖-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 損耗預算程序 367
9．7 典型損耗預算 368
9．7．1 機械掃描二維監視雷達的損耗預算 368
9．7．2 機械掃描單脈衝跟蹤雷達的損耗預算 369
9．7．3 空饋多功能陣列雷達的損耗預算 370
9．7．4 總結 372
參考文獻 372
附錄9A：關於損耗預算的習題 373
附錄9B：提供的Mathcad工具 374
附錄9C：習題的解 376
附錄A 符號錶 377
附錄B 縮略語和縮寫 393

前言/序言

　　關於作者
　　David K. Barton巴頓是一名雷達係統顧問，現生活於美國新罕布什爾州的漢諾威。他於1927年生於康涅狄格州的格林威治市，1944年到1949年在美國哈佛大學學習，其間有兩年因在美國陸軍白沙試驗場服役而中斷學業。在1949年獲得物理學學士學位後，他作為一位民間工程師迴到瞭白沙試驗場。1953年，他調到位於新澤西州Fort Monmouth的信號實驗室，啓動瞭第一部單脈衝測量雷達——AN/FPS-16的研製。1955年，他加入RCA公司，進行雷達的研製並參與係統的測試和評估。由於此項工作，1958年RCS授予他首屆W. Sarnoff傑齣工程成就奬。他還於1960年將該雷達按比例擴大建造瞭AN/FPS-49雷達，用於彈道導彈預警係統。該係統在阿拉斯加和大不列顛經過40年的運行後最近纔被更換。
　　從1963年到1984年，他是馬薩諸塞州Wayland和Bedford的雷聲公司的一名顧問科學傢。在此，他為美國空軍提齣瞭AN/TPS-19雷達控製著陸係統的雷達方案，並對大量其他雷

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