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《信息技术重点图书·雷达:现代雷达系统分析与设计》完全覆盖了雷达系统与技术的基本理论和设计方法,既适用于高校学生,又适用于从事雷达领域科研工作的工程师。
内容简介
《信息技术重点图书·雷达:现代雷达系统分析与设计》系统地讲述了现代雷达系统分析与设计的全过程,涵盖雷达原理与雷达系统两部分内容。《信息技术重点图书·雷达:现代雷达系统分析与设计》共12章。书中以雷达系统为主线,主要介绍雷达信号设计、雷达常用的信号处理方法,以及杂波抑制、干扰抑制方法,还介绍了从雷达信号检测到参数测量与跟踪等方面的基本理论和实践技能与关键技术,并提供了一些非常经典的MATLAB程序,以便于读者理解和实践应用。最后给出了几个典型的雷达系统设计案例。
《信息技术重点图书·雷达:现代雷达系统分析与设计》内容新颖,系统性强,理论联系实际,突出工程实践和应用,既可以作为高等学校电子工程相关专业研究生和高年级本科生的雷达课程教材或参考书,又可以帮助雷达工程技术人员掌握雷达系统的分析和设计方法,分析并解决有关实际问题。
作者简介
陈伯孝,1966年生于安徽宿松,1987年毕业于华东冶金学院(现安徽工业大学)并留校工作至1991年8月。1994年、1997年分别获西安电子科技大学硕士学位和博士学位。自2003年至今任西安电子科技大学教授、博士生导师,2006年入选教育部新世纪优秀人才支持计划。
一直从事新体制雷达系统、雷达信号处理、阵列信号处理、末制导雷达与目标跟踪等方面的应用基础与工程实现的研究工作。发表学术论文130余篇(其中SCI、EI收录90多篇),出版专著《综合脉冲孔径雷达》一部。发明专利已授权4项。荣获国家科学技术进步二等奖1项,国防科学技术一等奖1项,军队科技进步一等奖、二等奖各1项。
内页插图
目录
第1章 绪论
1.1 雷达的发展概况
1.2 雷达工作原理与分类
1.2.1 基本组成
1.2.2 雷达分类
1.2.3 雷达的工作频率
1.2.4 从雷达回波提取的目标位置信息
1.2.5 多普勒频率
1.3 雷达的主要战术与技术指标
1.3.1 主要战术指标
1.3.2 主要技术指标
1.4 雷达的生存与对抗
1.4.1 电子干扰与抗干扰技术
1.4.2 雷达抗反辐射导弹技术
1.4.3 雷达反低空入侵技术
1.4.4 飞机隐身与雷达反隐身技术
第2章 雷达系统的基本知识
2.1 雷达系统的基本组成
2.2 雷达发射机
2.2.1 发射机的基本组成
2.2.2 发射机的主要性能指标
2.2.3 固态发射机
2.3 雷达接收机
2.3.1 接收机的基本组成
2.3.2 接收机的主要性能指标
2.3.3 接收机的增益控制
2.3.4 滤波和接收机带宽
2.3.5 数字接收机
2.3.6 雷达接收机中A/D变换器的选取
2.4 天线
2.4.1 雷达对天线的要求
2.4.2 天线的主要类型
2.4.3 天线的主要性能指标
2.5 电波传播
2.5.1 大气层对电波传播的影响
2.5.2 地面反射对电波传播的影响
2.5.3 方向图传播因子
2.6 终端设备及其信息处理
2.6.1 雷达终端设备
2.6.2 雷达信息的录取
2.6.3 其它参数的录取
2.6.4 雷达数据处理
练习题
第3章 雷达方程
3.1 基本雷达方程
3.2 目标的散射截面积(RCS)
3.2.1 RCS的定义
3.2.2 影响RCS的因素
3.2.3 RCS的计算
3.2.4 RCS的测量
3.2.5 目标起伏模型
3.3 系统损耗
3.3.1 传输和接收的损耗
3.3.2 天线波束形状损耗
3.3.3 叠加损耗
3.3.4 信号处理损耗
3.4 存在干扰时的雷达方程
3.4.1 自卫式干扰(SSJ)下的雷达方程
3.4.2 远方支持干扰(SOJ)下的雷达方程
3.4.3 干扰情况下的雷达距离缩减因子
3.5 雷达方程的几种形式
3.5.1 双基地雷达方程
3.5.2 搜索雷达方程
3.5.3 低脉冲重复频率的雷达方程
3.5.4 高脉冲重复频率的雷达方程
3.6 本章的MATLAB程序
程序3.1 基本雷达方程的计算(radar_eq.m)
程序3.2 双基地雷达方程的计算(shuangjidi_req.m)
程序3.3 搜索雷达方程的计算(power_aperture.m)
程序3.4 低脉冲重复频率雷达方程的计算(lprf_req.m)
程序3.5 高脉冲重复频率雷达方程的计算(hprf_req.m)
练习题
第4章 雷达信号波形
4.1 雷达信号的数学表示与分类
4.1.1 雷达信号的数学表示
4.1.2 雷达信号的分类
4.2 模糊函数与雷达分辨率
4.2.1 模糊函数的定义及其性质
4.2.2 雷达分辨理论
4.2.3 单载频脉冲信号的模糊函数
4.3 线性与非线性调频脉冲信号
4.3.1 线性调频(LFM或Chirp)脉冲信号
4.3.2 非线性调频脉冲信号
4.4 相位编码脉冲信号
4.4.1 二相编码信号及其特征
4.4.2 巴克(Barker)码
4.4.3 M序列编码信号
4.5 相参脉冲串信号
4.6 步进频率脉冲信号
4.6.1 步进频率(跳频)脉冲信号
4.6.2 调频步进脉冲信号
4.7 正交波形
4.8 距离与多普勒模糊
4.8.1 距离模糊及其消除方法
4.8.2 速度模糊及其消除方法
4.9 连续波信号与连续波雷达
4.9.1 线性调频连续波雷达
4.9.2 多频率连续波雷达
4.10 基于DDS的任意波形产生方法
4.10.1 DDS技术简介
4.10.2 基于DDS的波形产生器的设计
4.11 MATLAB程序清单
程序4.1 单载频矩形脉冲模糊函数的计算(af_sp.m)
程序4.2 单载频高斯脉冲模糊函数的计算(af guss.m)
程序4.3 线性调频脉冲信号模糊函数的计算(af_lfm.m)
程序4.4 巴克码序列的波形、频谱及模糊函数的计算(af_arker.m)
程序4.5 步进频率脉冲信号模糊函数的计算(af_sfw.m)
练习题
第5章 雷达信号处理的基本方法
5.1 雷达信号处理的任务与分类
5.2 雷达回波信号模型
5.3 数字中频正交采样
5.3.1 模拟正交相干检波器的不足
5.3.2 数字中频正交采样的原理
5.3.3 数字中频正交采样的实现方法
5.4 脉冲压缩处理
5.4.1 线性调频脉冲信号的压缩处理
5.4.2 LFM信号的距离一多普勒测不准原理
5.4.3 相位编码信号的脉冲压缩处理
5.4.4 相位编码信号的多普勒敏感性
5.4.5 LFM信号与相位编码信号的比较
5.5 拉伸信号处理
5.6 步进频率信号的合成处理
5.7 FFT在雷达信号处理中的应用
5.8 窗函数及其在雷达信号处理中的应用
5.9 多脉冲积累的处理方法
5.9.1 相干积累的处理方法
5.9.2 非相干积累的常用处理方法
5.10 MATLAB程序清单
程序5.1 线性调频脉冲信号的脉压程序(LTM comp.m)
程序5.2 二相编码脉冲信号的脉压程序(PCM comp.m)
程序5.3 Stretch信号的处理程序(stretch_lfm.m)
程序5.4 步进频率脉冲综合处理程序(SFW_HRR.m)
练习题
第6章 杂波与杂波抑制
6.1 概述
……
第7章 干扰与抗干扰技术
第8章 雷达信号检测
第9章 参数测量与跟踪雷达
第10章 相控阵雷达与数字阵列雷达
第11章 雷达成像技术
第12章 雷达系统设计案例
附录 雷达中无处不在的分贝
参考文献
前言/序言
《现代雷达系统分析与设计》 引言 在快速发展的军事与民用领域,雷达技术扮演着至关重要的角色。无论是战略侦察、目标跟踪,还是气象监测、空中交通管制,雷达系统都为人类提供了超越视觉极限的信息获取能力。本书旨在深入剖析现代雷达系统的核心原理、关键技术以及设计方法,为广大工程技术人员、科研工作者及相关专业学生提供一份全面而深入的技术参考。 第一部分:雷达系统基础理论 第一章:雷达系统概述 本章将从宏观层面介绍雷达系统的基本构成、工作流程及其在现代社会中的广泛应用。我们将探讨雷达的基本物理原理,即利用电磁波的发射、反射和接收来探测目标,并揭示其在目标探测、距离测量、速度测量、角度测量等方面的核心功能。通过对不同类型雷达(如脉冲雷达、连续波雷达、多普勒雷达等)的初步介绍,为后续章节的深入分析打下坚实的基础。我们将着重讲解雷达方程,这是理解雷达系统性能的关键,它量化了雷达方程中各个参数对探测距离、目标回波强度等的影响,使读者能够初步理解如何通过优化设计参数来提升雷达性能。 第二章:电磁波传播与目标回波 电磁波的传播特性是雷达工作的基础。本章将详细介绍电磁波在自由空间、大气层中的传播模式,以及各种传播环境对雷达信号的影响,如衰减、折射、衍射等。我们将重点分析雷达波与目标相互作用的物理过程,特别是目标散射截面(RCS)的概念及其影响因素,理解不同形状、材质的目标对雷达波的反射特性差异。此外,本章还将探讨环境噪声(如天电噪声、地物杂波、海杂波等)对雷达接收信号的影响,为后续的信号处理和抗干扰技术奠定理论基础。 第三章:雷达信号与信息处理 本章将聚焦于雷达信号的产生、接收和信息提取过程。我们将深入讲解各种雷达信号的调制方式,如脉冲压缩、线性调频(Chirp)、相控编码等,以及这些调制方式如何提高雷达的距离分辨率和信噪比。雷达接收到的回波信号往往是微弱且混杂着噪声的,因此,本章将详细介绍各种信号处理技术,包括滤波、放大、检测、目标参数估计(距离、速度、角度)等。我们将重点讲解匹配滤波器的原理及其在提高信噪比方面的作用,以及恒虚警率(CFAR)检测技术在复杂杂波环境下的应用。 第二部分:现代雷达系统关键技术 第四章:天线技术 天线是雷达系统的“眼睛”,其性能直接决定了雷达的指向精度、分辨率和探测能力。本章将详细介绍各种类型的天线,包括抛物面天线、相控阵天线、有源相控阵(AESA)天线等。我们将深入分析天线的基本参数,如增益、波束宽度、方向图、旁瓣电平等,并讲解如何通过天线设计来优化雷达的探测性能。相控阵天线作为现代雷达的核心技术之一,将得到重点介绍,包括其工作原理、波束形成与扫描机制,以及AESA天线在灵活性、可靠性和多功能性方面的优势。 第五章:发射机与接收机设计 发射机负责产生高功率的雷达信号,而接收机则负责放大和处理微弱的目标回波。本章将深入探讨各种发射机技术,如脉冲激励器、固态功率放大器(SSPA)、行波管(TWT)等,并分析其性能特点和应用场景。对于接收机,我们将详细讲解低噪声放大器(LNA)、混频器、中频放大器、滤波器等关键组件的设计原理和选型考虑。此外,本章还将介绍数字接收机技术,它能够实现更高的动态范围、更灵活的信号处理能力。 第六章:雷达信号处理高级技术 在基础信号处理的基础上,本章将进一步探讨更为先进的雷达信号处理技术。我们将深入分析多普勒信号处理在目标速度测量和杂波抑制方面的应用,包括脉冲多普勒(PD)雷达的工作原理。运动目标显示(MTI)技术和动目标检测(MTD)技术将得到详细阐述,它们是抑制地面杂波、区分静止目标和运动目标的关键。此外,本章还将介绍合成孔径雷达(SAR)和逆合成孔径雷达(ISAR)等成像雷达技术,它们能够生成高分辨率的目标图像,广泛应用于遥感和目标识别。 第七章:雷达抗干扰技术 雷达系统在实际应用中常常面临各种干扰,如电子对抗(ECM)干扰、杂波干扰等。本章将系统性地介绍雷达抗干扰技术。我们将分析常见的干扰类型及其干扰机制,并提出相应的应对策略。脉冲压缩、频率捷变、码体制变换等信号体制的改进是重要的抗干扰手段。此外,本章还将探讨先进的干扰对消技术、空时自适应处理(STAP)技术等,它们能够有效地抑制各种复杂的干扰。 第三部分:雷达系统设计与应用 第八章:雷达系统综合设计 本章将指导读者如何将前述的各种技术融会贯通,进行一个完整的雷达系统设计。我们将从系统需求分析出发,包括探测目标类型、探测距离、分辨率、精度、环境条件等,然后逐步推导雷达的关键参数,如发射功率、天线孔径、脉冲宽度、脉冲重复频率(PRF)等。我们将详细阐述设计流程,包括系统框图设计、关键组件选型、性能仿真与评估等,并强调设计中的权衡与优化。 第九章:雷达系统仿真与测试 为了确保雷达系统的设计性能,仿真与测试是必不可少的环节。本章将介绍雷达系统仿真软件的应用,包括电磁仿真、信号处理仿真、系统性能仿真等。我们将讲解如何建立准确的仿真模型,并利用仿真结果来验证设计方案。此外,本章还将介绍雷达系统的现场测试方法和指标,包括环境适应性测试、性能指标测试、可靠性测试等,确保雷达系统在实际应用中的有效性。 第十章:现代雷达应用领域 本章将展示现代雷达技术在各个领域的广泛应用。我们将详细介绍军事雷达,如预警雷达、火控雷达、搜索雷达、地面监视雷达等,及其在国家安全中的重要作用。在民用领域,我们将探讨气象雷达在天气预报和灾害监测中的应用,空中交通管制雷达在保障飞行安全中的关键地位,以及海洋雷达在航海导航和环境监测中的价值。此外,本章还将简要介绍一些新兴的雷达应用,如汽车雷达、安防雷达、医疗雷达等,展望雷达技术未来的发展前景。 结论 《现代雷达系统分析与设计》全面而深入地阐述了雷达技术的核心理论、关键技术和设计方法。通过对本书的学习,读者将能够深刻理解现代雷达系统的运作机制,掌握雷达系统设计的基本原理和方法,并能够将其应用于实际工程实践中。我们相信,本书将成为雷达技术领域的一份宝贵参考资料,为推动雷达技术的创新与发展做出贡献。