雷達系統

本書全面系統地論述了現代各種類型雷達的構成、功能和應用，所述內容能反映近代雷達變革的新技術和新體制。全書共14章，內容包括：第1章導論；第2章雷達中信號檢測的過程；第3章連續波雷達和單脈衝雷達；第4章邊掃描邊跟蹤雷達；第5章脈衝多普勒雷達；第6章相控陣雷達；第7章數字陣列雷達；第8章脈衝壓縮雷達；第9章天基雷達(SBR)系統和技術；第10章合成孔徑雷達；第11章雙基地雷達；第12章超視距雷達；第13章超寬頻雷達技術；第14章毫米波雷達。

第1章導論1

1.1現代雷達發展史上的一些重大事件1

1.2雷達技術發展現狀3

1.3雷達的主要性能指標和技術參數5

1.3.1概述5

1.3.2主要戰術性能指標和技術參數6

1.3.3雷達戰術、技術性能與技術參數的關係13

1.4雷達的威力範圍與低被截獲概率性能20

1.4.1雷達的威力範圍20

1.4.2低(被)截獲概率雷達及其關鍵技術21

1.5電子戰及有關雷達對抗概述25

1.5.1電子戰名稱內涵25

1.5.2雷達干擾和抗干擾的若干領域簡介26

1.5.3對雷達的偵察與干擾27

1.5.4雷達的反偵察和反干擾28

1.5.5對雷達的隱身和雷達的反隱身技術30

1.6未來雷達新概念和雷達系統功能發展趨勢31

1.6.1未來雷達新概念31

1.6.2雷達系統功能發展趨勢34

第2章雷達中信號檢測的過程36

2.1概述36

2.2單樣本檢測概述37

2.2.1對一個數據樣本設定門限38

2.2.2單樣本檢測的檢測概率39

2.2.3單樣本檢測的例子40

2.3多樣本檢測概述41

2.3.1基於多個數據樣本點的檢測41

2.3.2多樣本檢測方案（表決法）42

2.3.3多樣本（表決法）檢測的例子42

2.3.4基於取總和的多樣本檢測44

2.3.5N個樣本檢測的例子（總和法）44

2.4多脈衝積累45

2.4.1雷達脈衝的積累方法簡述45

2.4.2相參積累45

2.4.3非相參積累46

2.4.4二進位積累器48

2.4.5累積積累器(批積累器）52

2.4.6反饋積累器52

2.4.7其他類型的積累器/檢測器52

2.5兩種實用的二進位檢測器53

2.5.1指向檢測器53

2.5.2滑窗檢測器(積累器)54

2.6恆虛警率檢測處理55

2.6.1概述55

2.6.2瑞利分佈的參量型恆虛警率處理57

2.6.3非瑞利分佈的參量型恆虛警率處理(雙參量CFAR）64

第3章連續波雷達和單脈衝雷達67

3.1距離—延時和速度—多普勒的基本關係67

3.2簡單連續波雷達系統68

3.3調頻連續波雷達69

3.4調相連續波雷達71

3.4.1二進位相位編碼調製概念71

3.4.2相位編碼調製連續波雷達72

3.5圓錐掃描(順序天線波束轉換)雷達簡介74

3.6單脈衝(同時天線波束轉換)雷達76

3.6.1振幅和差單脈衝雷達76

3.6.2相位和差單脈衝雷達84

3.6.3單通道和雙通道單脈衝雷達85

3.6.4錐脈衝雷達86

3.7特殊單脈衝技術87

3.7.1高距離分辨力單脈衝87

3.7.2雙波段單脈衝雷達88

3.8跟蹤精度88

3.8.1距離跟蹤精度89

3.8.2角度跟蹤精度90

第4章邊掃描邊跟蹤雷達93

4.1概述93

4.2雷達信息二次處理的任務95

4.3目標航跡的外推與濾波原理97

4.3.1二次處理系統輸入信號的統計特性97

4.3.2常規的目標坐標和運動參數的外推與濾波

原理98

4.3.3勻速直線運動目標航跡的外推101

4.4航跡參數的遞推式濾波(平滑)103

4.4.1卡爾曼濾波104

4.4.2卡爾曼一步預測107

4.4.3用於雷達跟蹤的卡爾曼濾波演演算法108

4.4.4α-β濾波器110

4.5航跡建立與航跡相關112

4.5.1航跡的建立和終止112

4.5.2目標航跡的相關114

4.5.3二次處理的典型演演算法流程119

第5章脈衝多普勒雷達121

5.1脈衝多普勒雷達基本概念121

5.1.1PD雷達的定義121

5.1.2PD雷達的分類121

5.2脈衝多普勒雷達的雜波123

5.2.1PD雷達的性能指標123

5.2.2機載下視PD雷達的雜波譜124

5.2.3三種PD雷達脈衝重複頻率選擇的比較131

5.3脈衝多普勒雷達的基本組成135

5.4脈衝多普勒雷達的信號處理136

5.4.1概述136

5.4.2抑制各種雜波的濾波器和恆虛警處理（CFAR）138

5.4.3濾波器組的具體處理方法141

5.5脈衝多普勒雷達的數據處理145

5.5.1脈衝多普勒雷達的跟蹤145

5.5.2測距和測速模糊的解算151

5.6脈衝多普勒雷達的距離性能158

5.6.1影響PD雷達距離方程的主要因素158

5.6.2PD雷達的距離方程160

5.6.3PD雷達與常規脈衝雷達距離性能的比較161

第6章相控陣雷達162

6.1相控陣列的基本原理162

6.2相控陣雷達的基本組成167

6.3相位掃描系統的組成及工作原理168

6.3.1陣列的組態和饋電方式168

6.3.2移相器171

6.3.3波束指向控制器175

6.3.4波束形成網路179

6.3.5雷達管理器190

6.4有源相控陣雷達191

6.4.1概述191

6.4.2固態T/R組件的基本組成193

6.4.3有源陣列的結構體系195

6.4.4T/R組件與饋電網路的統一設計及設計中參考架構的應用198

6.5有源相控陣雷達在第四代戰鬥機中的應用202

6.5.1有源相控陣技術204

6.5.2天線配置分佈情況205

6.5.3火控雷達技術208

6.5.4綜合系統設計技術208

6.6有源相控陣雷達在彈道導彈防禦系統中的應用210

6.6.1陸基彈道導彈預警相控陣雷達（UEWR）簡介210

6.6.2陸基雷達（GBR）212

6.7陸基監視和跟蹤相控陣雷達的觀測空域和搜索與跟蹤方式215

6.7.1雷達觀測空域215

6.7.2陸基空間相控陣雷達的搜索方式219

6.7.3相控陣雷達的跟蹤工作方式221

6.8相控陣雷達技術的優缺點及發展趨勢225

第7章數字陣列雷達231

7.1概述231

7.2數字陣列雷達的主要組成231

7.2.1主要組成231

7.2.2一部數字陣列雷達實驗樣機233

7.3數字陣列雷達的陣列數字化要求240

7.3.1數字陣列雷達的4種工作模式簡介240

7.3.2數字陣列雷達的動態範圍242

7.4數字陣列雷達中的一些關鍵器件簡介245

7.5數字波束形成251

7.5.1接收數字波束形成251

7.5.2FPGA數字波束形成器的實現概念252

7.5.3一個由FPGA結合DSP實現8個陣元的數字波束形成器的例子253

7.5.4一部32個通道的即插即用X波段數字波束形成接收陣列的例子256

7.5.5發射數字波束形成259

7.6數字雷達接收機和發射機原理260

7.6.1數字接收機的組成260

7.6.2幾種數字接收機方案簡介262

7.6.3基於Xilinx FPGA的數字接收機簡介262

7.6.4雷達數字發射機原理簡介263

7.7分集的MIMO數字陣列雷達概念264

7.7.1概述264

7.7.2 一種採用並置天線和編碼信號的MIMO雷達264

7.7.3分集的（或稱統計的）MIMO雷達266

第8章脈衝壓縮雷達271

8.1概述271

8.2線性調頻脈衝壓縮275

8.2.1線性調頻脈衝壓縮的基本原理275

8.2.2線性調頻脈衝壓縮的頻譜特性278

8.2.3線性調頻脈衝信號數字產生及時域壓縮處理286

8.2.4線性調頻脈衝壓縮信號的頻域數字壓縮處理288

8.3非線性調頻脈衝壓縮291

8.3.1非線性調頻292

8.3.2步進頻率調頻292

8.3.3步進相位調頻292

8.4相位編碼脈衝壓縮294

8.4.1概述294

8.4.2二相編碼信號295

8.4.3二元偽隨機碼信號297

8.4.4二相編碼系統的實現303

8.4.5多相編碼(Polyphase Code)信號305

8.4.6一種相位編碼脈衝壓縮雷達的信號處理簡介313

第9章天基雷達（SBR）系統和技術315

9.1概述315

9.2SBR的類型315

9.3星載監視雷達設計的基本概念和要求318

9.4綜合分析319

9.4.1系統最佳軌道要求319

9.4.2天線要求320

9.4.3掃描方式設計考慮321

9.4.4一次雷達的總體設計考慮322

9.4.5二次雷達的總體設計考慮322

9.4.6旁瓣抑制問題323

9.4.7頻率選擇324

9.4.8軌道及高度選擇324

9.4.9信息處理327

9.4.10雷達信號的星上處理與地面處理327

9.4.11綜合考慮和選擇328

9.5天基雷達的若干例子330

9.5.1SDI天基雷達330

9.5.2一種低成本的空基雷達系統概念設計331

9.5.3STS交會雷達332

第10章合成孔徑雷達334

10.1概述334

10.2合成孔徑雷達原理的直觀解釋335

10.3合成孔徑雷達原理的另一種解釋343

10.3.1回波信號的特性343

10.3.2從頻譜分析、相關、匹配濾波角度解

釋合成孔徑原理347

10.4合成孔徑雷達的工作模式350

10.4.1概述350

10.4.2常用的SAR工作模式簡介[35]353

10.5SAR處理演演算法357

10.5.1距離徙動概念357

10.5.2距離—多普勒（RD）演演算法358

10.5.3Chirp Scaling（CS）演演算法360

10.5.4波數域ωK演演算法363

10.5.5頻譜分析（SPECAN）演演算法364

10.6常規SAR數字信號處理器365

10.6.1SAR成像處理器概述365

10.6.2設計SAR數字信號處理器例子367

10.7合成孔徑雷達的系統考慮371

10.7.1信號強度考慮371

10.7.2主要參數間的互相制約關係372

10.7.3相位誤差375

10.8SAR全系統組成376

10.8.1系統概述376

10.8.2數字聯機預處理377

10.8.3天線378

10.8.4控制計算機378

10.8.5數據處理機378

10.9SAR的發展趨勢379

10.9.1SAR技術現狀379

10.9.2機載SAR的關鍵技術和發展趨勢380

10.10逆合成孔徑雷達的基本原理簡介382

10.10.1概述382

10.10.2ISAR成像的機理383

10.10.4ISAR成像技術的優缺點391

第11章雙基地雷達392

11.1概述392

11.2雙基地雷達的若干基本關係393

11.2.1基本要求393

11.2.2距離關係394

11.2.3面積關係396

11.2.4多普勒關係398

11.3雙基地雷達的應用399

11.3.1概述399

11.3.2空基有源雙基地雷達400

11.3.3潛水艇上部署雙基地雷達404

11.3.4無源雙基地雷達404

11.4地面和空間動目標監視用空間雙基

地雷達的設計考慮404

第12章超視距雷達408

12.1概述408

12.2超視距雷達的工作原理408

12.3（天波）超視距雷達（OTHR）411

12.4超視距雷達方程和主要分系統簡介414

12.4.1HF頻段的雷達方程414

12.4.2發射機415

12.4.3天線415

12.4.4接收機—處理器416

12.5一部可重定位短波超視距雷達417

12.5.1簡述417

12.5.2ROTHR系統組成及其基本性能417

12.5.3天波超視距雷達系統面臨的挑戰419

12.6海基微波超視距雷達和高頻表面波雷達技術421

12.6.1海基微波超視距雷達421

12.6.2艦載“地”波超視距雷達421

第13章超寬頻雷達技術422

13.1概述422

13.2超寬頻雷達信號及產生方法422

13.3超寬頻信號的接收機428

13.4超寬頻天線430

13.4.1自由空間中單個陣列單元的輻射431

13.4.2自由空間中多個單元的陣列的輻射433

13.5超寬頻信號的處理技術434

13.5.1UWB雷達信號的相干處理434

13.5.2UWB信號檢測440

13.6UWB雷達應用的幾個例子446

13.6.1用高距離分辨力雷達實現一維成像446

13.6.2探地雷達（GPR）446

13.6.3一種UWB透牆成像雷達450

13.6.4機載地面透視雷達453

13.6.5一種探測掠海式導彈的微波UWB雷達453

13.6.6高功率微波UWB防空雷達454

第14章毫米波雷達455

14.1毫米波頻段劃分455

14.2毫米波雷達的特性455

14.2.1天線的波束寬度窄456

14.2.2多普勒頻移寬458

14.2.3可用帶寬大458

14.3傳播效應459

14.3.1衰減和反射（或散射）459

14.3.2多徑效應461

14.4毫米波雷達系統的靜目標探測性能462

14.4.1毫米波雷達的一次雷達方程462

14.4.2用信噪比（S/N）表示雷達方程463

14.5若干毫米波雷達的應用例子466

14.5.1Mini-PRV毫米波監視雷達466

14.5.2高精度35GHz跟蹤雷達EAGLE467

14.5.3機載多感測器中的毫米波雷達469

14.5.4俄羅斯和美國的毫米波大型空間監視相控陣雷達470

14.5.5美國AH-64“阿帕奇”和RAH-66“科曼奇”直升機載8毫米波火控相控陣雷達473

14.5.6高分辨力機載毫米波FM-CM SAR474

14.6毫米波雷達的發展趨勢475

參考文獻477