读者对象:
本书可作为高校雷达工程、系统工程、电子对抗、电子信息工程等相关专业的本科生、研究生的专业教材,也可作为雷达系统设计人员人的参考书。
内容介绍:
本书以Blake的经典研究成果为基础,并根据现代雷达技术的发展,增加了雷达方程中需要考虑的损耗因素数量。本书进行的扩展使雷达方程能够适应现代雷达设计和分析,通过识别雷达信息和环境信息来预测探测距离,并对雷达性能估算过程可能遇到的各种损耗的来源与计算进行了分析,以期提高雷达距离性能估算的精度。
目 录
第1章 雷达方程的发展 1
1.1 雷达方程基础 1
1.1.1 最大的可用信噪比 1
1.1.2 需要的最小信噪比 2
1.1.3 脉冲雷达的最大检测距离 3
1.2 原始雷达方程 3
1.3 Blake脉冲雷达方程 4
1.3.1 Blake方程中各项的含义 4
1.3.2 求解距离的方法 6
1.3.3 Blake图表的优势 7
1.3.4 Blake相干雷达方程 7
1.3.5 Blake双基地距离方程 8
1.4 雷达方程的其他形式 8
1.4.1 Hall雷达方程 8
1.4.2 Barton雷达方程 9
1.5 避免距离计算中的陷阱 11
1.5.1 系统噪声温度Ts 11
1.5.2 信号-噪声能量比的应用 11
1.5.3 平均功率的应用 12
1.5.4 带宽修正和匹配因子 12
1.5.5 任意目标的检测因子 12
1.5.6 方向图传播因子 13
1.5.7 损耗因子 13
1.5.8 距离计算中常见错误总结 13
1.6 现代雷达系统的雷达方程 14
1.6.1 修正距离方程所需要的因子 14
1.6.2 适用于现代雷达的方程 15
1.6.3 探测距离的计算方法 16
1.6.4 垂直覆盖图 18
1.6.5 要求的检测概率 19
1.7 雷达方程发展总结 20
参考文献 21
第2章 搜索雷达方程 23
2.1 搜索雷达方程的推导 23
2.2 用于两坐标空域监视的搜索扇区 25
2.2.1 两坐标监视中的高度覆盖 25
2.2.2 两坐标监视的扇形波束方向图 26
2.2.3 两坐标监视的余割平方方向图 27
2.2.4 固定高度覆盖 27
2.2.5 两坐标监视雷达的上覆盖增强 28
2.2.6 两坐标监视雷达的反射天线设计 28
2.2.7 两坐标监视雷达的阵列天线 28
2.2.8 两坐标雷达所需的功率-孔径积举例 29
2.3 三坐标对空监视 29
2.3.1 堆积波束三坐标监视雷达 30
2.3.2 扫描波束三坐标监视雷达 30
2.3.3 三坐标监视雷达的搜索损耗 30
2.4 多功能阵列监视雷达(MFAR) 31
2.4.1 MFAR搜索扇区举例 31
2.4.2 MFAR搜索的优缺点 32
2.4.3 MFAR搜索雷达方程举例 33
2.5 搜索屏 34
2.5.1 搜索屏的搜索扇区 34
2.5.2 ICBM的搜索屏示例 35
2.6 搜索损耗 35
2.6.1 有效能量比的减小 36
2.6.2 所需能量比的增加 36
2.6.3 损耗总结 37
参考文献 38
第3章 杂波和干扰雷达方程 39
3.1 信干比 39
3.2 杂波对探测距离的影响 40
3.2.1 模糊距离杂波 40
3.2.2 雷达波形的类型 41
3.2.3 杂波检测因子 41
3.2.4 杂波的有效谱密度 43
3.2.5 杂波环境下的探测距离 43
3.3 面杂波环境下的检测 44
3.3.1 来自平面的面杂波 44
3.3.2 来自球形地球的面杂波 46
3.3.3 面杂波的截面积 46
3.3.4 面杂波的输入能量 47
3.3.5 陆基CW和HPRF雷达的探测距离 51
3.3.6 面杂波检测小结 52
3.4 体杂波环境下的检测 53
3.4.1 体杂波的几何关系 53
3.4.2 体杂波的截面积 54
3.4.3 体杂波能量 54
3.4.4 体杂波的检测因子 55
3.4.5 体杂波和噪声环境下的探测距离 55
3.4.6 CW和PD雷达中的体杂波 56
3.4.7 体杂波检测小结 60
3.5 离散杂波的影响 60
3.5.1 虚警的影响 61
3.5.2 噪声虚警概率的需求 61
3.5.3 抑制离散杂波的必要条件 61
3.5.4 离散杂波的影响小结 62
3.6 旁瓣杂波 62
3.6.1 旁瓣中的面杂波 62
3.6.2 旁瓣中的体杂波 64
3.7 噪声干扰中的检测 64
3.7.1 噪声干扰的目标和方法 64
3.7.2 噪声干扰的雷达方程 65
3.7.3 噪声干扰的例子 67
3.8 欺骗性干扰 69
3.8.1 欺骗式干扰的距离方程 70
3.9 干扰中检测小结 72
3.9.1 噪声干扰下的探测距离 72
3.9.2 欺骗式干扰方程 72
3.10 组合干扰下的检测 72
参考文献 73
第4章 检测理论 74
4.1 背景 74
4.2 非起伏目标的检测因子 75
4.2.1 严格非起伏目标的检测概率 75
4.2.2 门限电平 75
4.2.3 严格非起伏目标的检测因子 77
4.2.4 严格单脉冲、非起伏目标的检测因子 77
4.2.5 单脉冲、非起伏目标检测因子的近似 78
4.2.6 n脉冲、非起伏目标检测因子的近似 79
4.3 起伏目标的检测因子 80
4.3.1 通用的卡方目标起伏模型 80
4.3.2 卡方统计信号的检测 80
4.3.3 Swerling 1型 81
4.3.4 Swerling 2型 84
4.3.5 Swerling 3型 85
4.3.6 Swerling 4型 86
4.4 基于检波器损耗的近似方程 86
4.4.1 相干检测 87
4.4.2 包络检波和检波器损耗 87
4.4.3 积累损耗 88
4.4.4 积累增益 89
4.4.5 起伏损耗 89
4.4.6 1型目标的检测因子 90
4.4.7 其他起伏目标的检测因子 91
4.5 分集雷达 91
4.5.1 分集增益 91
4.5.2 分集雷达的信号和目标模型 92
4.6 可见度因子 93
4.7 检测理论总结 95
参考文献 95
第5章 波束形状损耗 97
5.1 背景 97
5.1.1 波束形状损耗的定义 97
5.1.2 角度空间采样 98
5.1.3 关于波束形状损耗的文献 98
5.2 密集采样下的波束形状损耗 99
5.2.1 波束形状损耗的简单模型 99
5.2.2 天线方向图 100
5.2.3 不同方向图下的波束形状损耗 100
5.3 一维扫描中的稀疏采样 101
5.3.1 一维扫描下的计算方法 101
5.3.2 一维扫描下非起伏目标的波束形状损耗 102
5.3.3 一维扫描下1型目标的波束形状损耗 104
5.3.4 一维扫描下2型目标的波束形状损耗 105
5.3.5 一维扫描下搜索雷达的波束形状损耗 107
5.4 二维光栅扫描中的稀疏采样 109
5.4.1 二维扫描的计算方法 110
5.4.2 二维扫描下非起伏目标的波束形状损耗 111
5.4.3 二维扫描下1型目标的波束形状损耗 111
5.4.4 二维扫描下2型目标的波束形状损耗 113
5.4.5 二维扫描下分集目标的波束形状损耗 115
5.4.6 二维光栅扫描下搜索雷达方程中的波束形状损耗 117
5.5 使用三角栅格的稀疏采样 119
5.5.1 采用三角栅格时的计算方法 120
5.5.2 使用三角栅格时非起伏目标的波束形状损耗 120
5.5.3 三角栅格时1型目标的波束形状损耗 120
5.5.4 三角栅格时2型目标的波束形状损耗 121
5.5.5 三角栅格时分集目标的波束形状损耗 123
5.5.6 三角栅格时搜索雷达方程中的波束形状损耗 124
5.6 波束形状损耗小结 125
5.6.1 密集采样下的波束形状损耗 125
5.6.2 稀疏采样下的波束形状损耗 125
5.6.3 处理方法 128
5.6.4 搜索雷达方程中的净波束形状损耗 128
5.6.5 不等间隔二维扫描下的波束形状损耗 129
第6章 系统噪声温度 130
6.1 雷达频带中的噪声 130
6.1.1 噪声谱密度 130
6.1.2 噪声统计特性 131
6.2 雷达接收中的噪声来源 131
6.3 天线噪声温度 132
6.3.1 天线噪声温度的来源 132
6.3.2 天空噪声温度 134
6.3.3 来自地表的噪声温度 137
6.3.4 来自天线电阻损耗的噪声温度 139
6.3.5 来自天线失配的噪声温度 140
6.3.6 天线噪声温度的近似 141
6.4 接收馈线的噪声温度 142
6.5 接收机噪声温度 142
6.5.1 有级联电路的接收机中的噪声 143
6.5.2 输入和输出电平 144
6.5.3 量化噪声 144
6.6 接收系统噪声小结 146
6.6.1 与载波频率相关的热噪声 146
6.6.2 Blake方法的应用 146
6.6.3 现代雷达中的精确方法 146
6.6.4 接收机和量化噪声温度 146
参考文献 146
第7章 大气效应 148
7.1 对流层折射 148
7.1.1 空气的折射指数 148
7.1.2 标准大气 149
7.1.3 包含水蒸气的大气 150
7.1.4 折射率的垂直轮廓线 151
7.1.5 对流层中的射线路径 152
7.2 对流层衰减 153
7.2.1 大气中气体的海平面衰减系数 153
7.2.2 衰减系数随海拔的变化 156
7.2.3 穿过对流层的衰减 157
7.2.4 到距离R处的衰减 157
7.2.5 干燥和潮湿大气的衰减 162
7.3 来自降水的衰减 164
7.3.1 293K下雨水的衰减系数 164
7.3.2 雨水衰减的温度特性 165
7.3.3 降雨速率的统计特性 166
7.3.4 降雪中的衰减 168
7.3.5 云层中的衰减 169
7.3.6 天气对系统噪声温度的影响 170
7.4 对流层的透镜损耗 171
7.5 电离层效应 172
7.5.1 电离层中射线的几何关系 172
7.5.2 电离层结构 173
7.5.3 总的电子数量 174
7.5.4 法拉第旋转 175
7.5.5 信号频谱的色散 177
7.6 大气效应的总结 180
参考文献 181
第8章 方向图传播因子 183
8.1 干涉区域内的F因子 183
8.1.1 干涉F因子的来源 183
8.1.2 F因子的应用 184
8.2 射线路径的几何模型 186
8.2.1 方法1:远距离目标的平面地球近似 186
8.2.2 方法2:任意距离目标的平面地球近似 187
8.2.3 方法3:球形地球的一阶近似 188
8.2.4 方法4:远距离目标的球形地球近似 189
8.2.5 方法5:任意距离目标的球形地球近似 189
8.2.6 方法6:任意距离目标在球形地球下的准确表达式 191
8.2.7 近似方法的比较 191
8.3 反射系数 192
8.3.1 菲涅尔反射系数 192
8.3.2 粗糙表面的反射 195
8.3.3 具有植被的陆地表面 197
8.3.4 发散因子 198
8.4 衍射 198
8.4.1 光滑球面衍射 198
8.4.2 刃形衍射 200
8.5 干涉区域 202
8.6 中间区域 203
8.6.1 F因子关于目标距离的函数 203
8.6.2 F因子关于高度的函数 204
8.6.3 垂直面覆盖图 205
8.7 方向图传播因子总结 207
参考文献 207
第9章 杂波和信号处理 209
9.1 面杂波模型 209
9.1.1 杂波的截面积和反射率 209
9.1.2 面杂波方向图传播因子 210
9.1.3 面杂波的谱特性 213
9.1.4 面杂波的幅度分布 215
9.2 海杂波模型 216
9.2.1 海水表面的物理特性 216
9.2.2 海杂波的折射率 217
9.2.3 海杂波的功率谱 218
9.2.4 海杂波的幅度分布 219
9.3 地杂波模型 219
9.3.1 地杂波的折射率 220
9.3.2 地杂波的功率谱 222
9.3.3 地杂波的幅度分布 223
9.4 离散杂波 223
9.4.1 离散地杂波 223
9.4.2 鸟和昆虫 224
9.4.3 陆地交通工具 224
9.4.4 风力涡轮机 224
9.5 体杂波的模型 225
9.5.1 体杂波截面积和反射率 225
9.5.2 体杂波的方向图传播因子 226
9.5.3 体杂波的频谱特性 226
9.5.4 体杂波的幅度分布 228
9.5.5 降水杂波模型 228
9.5.6 箔条模型 229
9.6 杂波改善因子 230
9.6.1 相参MTI改善因子 230
9.6.2 非相参MTI改善因子 232
9.6.3 其他MTI考虑 232
9.6.4 脉冲多普勒处理 233
9.6.5 杂波图 235
9.7 杂波和信号处理小结 236
参考文献 236
第10章 雷达方程中的损耗因子 238
10.1 接收信号能量的降低 238
10.1.1 雷达方程中的确定项 238
10.1.2 距离相关响应因子Frdr的分量 240
10.1.3 系统噪声温度中包含的损耗 242
10.1.4 搜索雷达方程中的损耗 243
10.1.5 天线增益中的损耗 244
10.2 所需信号能量中的增量 246
10.2.1 统计性损耗 246
10.2.2 基本检测因子中的损耗 249
10.2.3 匹配和带宽损耗 250
10.2.4 波束形状损耗Lp 251
10.2.5 信号处理损耗Lx 252
10.2.6 杂波检测因子中的损耗 258
10.3 视觉检测中的损耗 262
10.3.1 可见度因子中的损耗 262
10.3.2 显示器上的丢失损耗 263
10.3.3 带宽修正因子Cb 263
10.3.4 操作员损耗Lo 263
10.4 损耗因子小结 263
参考文献 264
符号列表 266
附录A 本书所附电子文件的内容 279
作者介绍 284
这本书在逻辑推进上达到了教科书级别的水准,但其叙事风格却带着一种老派工程师的务实精神。它不像某些前沿著作那样追求花哨的概念包装,而是脚踏实地地从基础出发,层层递进,构建起现代雷达方程的完整体系。我特别关注了其中关于跟踪滤波器的讨论,尽管雷达方程本身侧重于“发现”,但书中对如何利用方程指导后续的跟踪性能评估,提供了非常精辟的见解。作者似乎深知,一个“能看见”的目标,并不意味着它“能被有效跟踪”。这种对系统全貌的把握,使得这本书的价值远超一个单一的公式解析。书中对多普勒处理和相干积累的章节讲解得尤为出色,它解释了为什么在某些环境下,使用更复杂的信号处理技术能显著提升探测距离,而这些提升的量化依据,最终都能追溯到对基本雷达方程的巧妙修正和扩展。可以说,它提供了一套完整的“雷达性能审计”的底层逻辑框架。
评分阅读《现代雷达的雷达方程》的过程,更像是一次对信息论和电磁波传播的系统性回顾,只不过所有的知识点都被巧妙地集中到了雷达这个应用场景中。我惊讶于作者在保持数学严谨性的同时,还能将各个子系统——从发射机功率到接收机噪声系数——的参数如何共同作用于最终的信噪比,描绘得如此清晰。这本书没有回避工程中的“脏活累活”,例如如何应对功率预算中的不确定性,以及如何根据实际的频谱环境来优化波形设计。对于一个渴望从“知道公式”跃升到“理解公式背后的物理意义”的读者来说,这本书简直是宝藏。它不是那种读完一遍就能掌握的工具书,而是需要反复研读、对照思考才能真正内化的专业著作。每次重读某个章节,总能因为新的实践经验而获得对原有公式更深层次的感悟,这正是好书的魅力所在。它挑战了我的思维边界,迫使我以更系统、更量化的方式去思考“探测”这一行为的本质。
评分这本书的名字听起来就充满了未来感和技术深度,《现代雷达的雷达方程》,光是这个标题就足以勾起我对雷达技术,特别是其核心——雷达方程的兴趣。我拿到这本书时,内心充满了期待,希望能一窥这个复杂而迷人的领域。初翻阅时,我就被其中对雷达系统基本原理的阐述所吸引。作者显然对这个学科有着深厚的理解,他没有停留在泛泛而谈的介绍上,而是深入到了信号处理、天线理论和传播损耗等关键环节。尤其是在如何量化雷达探测能力方面,书中的讲解清晰且富有条理,即便是对于初涉雷达领域的人来说,也能感受到那种逻辑上的严谨性。书中对不同类型的雷达系统,比如脉冲雷达和连续波雷达在方程应用上的差异进行了细致的对比,这对于理解雷达设计的权衡取舍至关重要。我特别欣赏作者在解释那些复杂的数学推导时所展现出的耐心,他似乎总能找到最直观的方式来描述抽象的概念,让读者在不知不觉中掌握了核心的工程思想。这本书无疑为我打开了一扇深入理解现代雷达系统性能分析的大门,让我对“看到”远方目标背后的物理和数学原理有了全新的认识。
评分我对这本书的整体印象是:它是一部为严肃的雷达系统工程师和研究人员量身打造的、不可或缺的参考书。作者对“现代”二字的诠释非常到位,书中不仅仅停留在经典米勒方程的讨论上,还融入了对有源相控阵、合成孔径雷达等前沿技术的方程适应性分析。这种前瞻性和对现有技术深度融合的态度,使得这本书没有因为主题的经典性而显得过时。阅读过程中,我发现作者在引用和类比时非常谨慎,每一个论断都有坚实的数学基础支撑,让人对书中的结论深信不疑。它成功地将原本看似孤立的电磁学、统计信号处理和系统工程的知识点,通过雷达方程这个核心纽带紧密地联系了起来,形成了一个自洽且强大的理论体系。这本书的价值在于,它不仅告诉你“是什么”,更重要的是,它让你深刻理解了“为什么会是这样”,并为你提供了“如何做得更好”的理论工具和思维模式。读完后,我对任何雷达系统的性能报告都会不由自主地开始进行“方程检查”,这种思维习惯的养成,就是这本书带给我最大的财富。
评分这本书的装帧和排版都透露着一种专业的气息,拿到手上就感觉分量十足。我原本以为,探讨“雷达方程”这样高度专业化的主题,内容会是枯燥且难以消化的公式堆砌,但实际阅读体验完全超出了我的预期。作者在构建理论框架时,非常注重工程实践与理论模型的结合,这种平衡感令人赞叹。书中对于如何处理环境噪声和杂波对雷达探测性能的影响,提供了大量详实的数据和案例分析。这些分析不仅仅是理论上的讨论,更是基于实际工程场景的考量,让我明白一个在实验室中看起来完美的方程,在真实战场或复杂大气条件下会如何失效或需要修正。我尤其喜欢其中关于目标散射截面(RCS)的章节,作者用生动的语言描述了不同形状和材料的目标如何影响回波信号的强度,这比教科书上的简化模型要来得实在得多。这本书仿佛是一位经验丰富的雷达工程师在耳边细语,手把手地教你如何在设计和评估一个雷达系统时做出明智的决策,而不是仅仅停留在符号运算的层面。它更像是一本实战指南,而非单纯的理论手册。
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