內容簡介
《雷達與電子戰導論(第4版)》之前的幾個版本主要都是關於雷達方麵的內容,這次的新版本加入瞭電子戰的基礎知識。
《雷達與電子戰導論(第4版)》從大量復雜的雷達技術中提煉齣其根本原理,並成功地利用這些原理將自然現象的規律與復雜的現代係統聯係起來。
《雷達與電子戰導論(第4版)》內容具有雷達和電子戰兩方麵的深厚基礎,可以作為讀者的第1選擇。有技術或者商業學位的讀者應該可以理解書中用數學理論描述的有關概念,其中隻有部分概念用三角函數描述,極個彆概念用微積分描述。
《雷達與電子戰導論(第4版)》尤其適閤沒有任何雷達和電子戰背景的初學者閱讀、學習。
作者簡介
Paul J.Hannen,分彆於1979年和1981年從萊特州立大學係統工程專業取得理學學士和理學碩士學位。其具有超過30年在雷達和電子戰、戰場生存能力評估、建模仿真與分析領域的從業經驗。Hannen先生緻力於專業領域的研究與開發、情報獲取、武器係統采集、測試與評估以及相關培訓活動。在過去的20年中,作為萊特州立大學電氣工程係的客座教授,他一直為電氣工程專業的高年級本科生和具有研究生水平的學生講授“雷達係統簡介”課程,為研究生講授“現代雷達理論”課程。
內頁插圖
目錄
第1章 雷達和電子戰簡介
1.1 雷達係統
1.2 電子戰
第2章 雷達係統
2.1 無綫電波
2.2 基本的雷達係統
2.3 雷達方程
2.3.1 接收機熱噪聲
2.3.2 接收機噪聲因數
2.3.3 目標信噪比
2.3.4 探測距離
2.3.5 其他形式雷達方程
2.4 基本雷達接收機
2.5 總結
2.6 習題
2.7 參考文獻
第3章 目標探測
3.1 目標探測相關問題
3.2 檢測理論
3.2.1 基本概率論
3.2.2 接收機噪聲概率密度函數和虛警率
3.2.3 信號加噪聲概率密度函數和發現概率
3.2.4 設計檢測門限
3.3 多脈衝融閤
3.3.1 非相乾融閤增益
3.3.2 檢測門限、非相乾融閤增益和Swerling模型
3.4 其他探測技術
3.4.1 纍積概率
3.4.2 連續探測
3.4.3 M-N檢測
3.4.4 恒虛警率探測
3.5 檢測門限和雷達探測距離
3.6 總結
3.7 練習
3.8 參考文獻
第4章 雷達天綫
4.1 天綫增益模式
4.1.1 半功率和空對空波束寬度
4.1.2 旁瓣水平
4.1.3 天綫增益模式內天綫增益
4.2 反射器天綫
4.3 陣列天綫
4.3.1 電子控製陣列
4.3.2 用相位變化控製電子波束
4.3.3 基於元件間距和波束控製光柵葉
4.3.4 陣列變薄和旁瓣
4.3.5 陣列設計細節
4.4 總結
4.5 習題
4.6 參考文獻
第5章 雷達測量與目標跟蹤
5.1 雷達波:時域與頻域
5.1.1 簡單脈衝的特性與匹配濾波理論
5.1.2 脈衝串波形特性
5.1.3 雷達波其他特性
5.2 距離測量
5.2.1 距離分辨率
5.2.2 脈衝壓縮
5.2.3 距離模糊
5.2.4 盲區
……
第6章 目標特徵
第7章 雷達新概念技術
第8章 電子戰概述
第9章 電子戰偵察接收機
第10章 自衛乾擾式電子攻擊
第11章 電子支援
第12章 電子防禦
第13章 其他雷達和電子戰知識
附錄1 分貝
附錄2 雷達頻譜
附錄3 傅裏葉級數與變換
附錄4 習題答案
前言/序言
關於本書
本書是一本有關雷達和電子戰的專業書籍,以連貫的方式講授瞭雷達和電子戰方麵的必要知識和使用原則。本書既不像工程手冊那樣隻有設計方案而不解釋原因,也不像研究生教材那樣深奧難懂。當然,它也不會像流行雜誌裏的美文那樣華而不實。本書緻力於將雷達和電子戰的基本方法從繁復的理論中提取齣來,在講明簡單物理基礎的同時,嚮讀者解釋瞭一個現代復雜係統。
JohnC.Toomay先生所寫的《雷達導論》是本書的基礎。在過去的20多年裏,Toomay先生——這位前美國空軍少將——廣泛接觸那些滿懷事業心的科學傢、工程師、數學傢、企業管理者和技術人員。他所關注的一個基礎領域就是雷達。但奇怪的是,目前,即使是剛拿到學士學位的電子工程師也基本不瞭解雷達,而這本應是研究所的專業特色。為此,Toomay先生在20世紀70年代為本書寫瞭一個基本框架。隨後,他在工作中發現雷達知識的需求將是巨大的,所以在1982年和1989年分彆齣瞭兩版《雷達導論》(1989年版在1998年被SciTech齣版社再版)。2004年,我齣版瞭本書的第3版,在引入新內容的同時又鞏固瞭前麵的工作,書中的每一章節都在某種程度上得到更新和提高。做這些工作的主要目的就是為瞭使本書更為簡單易學——畢竟我把它作為高等院校本科生和研究生,甚至是短期專業課程的教材。
第4版有何新內容
過去幾年間,通過第3版教材的使用以及來自各類團體的意見建議,發現有許多需要充實進這本書的內容。最新的補充就是有關電子戰的內容,主要分為電子支援、電子攻擊和電子防禦,以及其他在深度和廣度上都和雷達相關的內容。以上內容都得到瞭全麵的更新和加強,主要做瞭以下幾個方麵的工作:目標信噪比、目標探測理論、陣列天綫、雷達測量和跟蹤以及目標特徵。另外,結閤技術發展對高級雷達應用進行瞭更新,增加瞭一部分關於現代多功能、多模式、多任務雷達係統的內容。第4版在保持本書傳統內容的同時,也嚮廣大讀者提供瞭雷達使用原則和電子戰原則。
本書使用人群
如果你對雷達或電子戰原理有一定瞭解,但是對常規解釋不滿意又沒有時間去深入研究甚至攻讀相關學位,那麼,你在本書中將找到所需要的內容。如果你已經學習過雷達或電子戰課程,但是想進行深入挖掘或者將這些概念串聯起來,那麼,本書將為你提供很好的幫助。
如果你的工作需要你和雷達或者電子戰工程師打交道,那麼,通過學習本書,你將可以和他們進行專業討論,甚至提齣令他們意外的建議。如果你的特長是其他專業,但是卻被任命為雷達或者電子戰項目的經理,或者需要1個或者幾個雷達係統作為大係統的前端,那麼,本書將提供你所需的工具,不僅能給你的團隊成員帶來信心,更給你帶來專業積纍。
本書如何闡述雷達和電子戰
本書緻力於通過雷達和電子戰概念將零碎的相關理論知識和技術使用串聯起來。它從電磁波的傳播開始,描繪瞭一個簡單典型的雷達係統,並引齣雷達方程。有瞭雷達方程以後,本書又通過目標探測、天綫、測量和跟蹤、迴波麵積和係統使用來強化對每一個參數和概念的理解。然後,本書介紹瞭電子戰,從電子支援到電子攻擊,再到電子防禦。學完這些以後,讀者應該能夠獨立進行初級雷達和電子戰係統設計和分析,理解各參數和概念;更為重要的是,讀者能夠對彆人的設計和分析加以評論,明白這些技術細節中哪些是核心的、哪些又是次要的。即使係統設計越來越巧妙,雷達和電子戰的基本功能是不會改變的。因此,當不能跟上係統設計日新月異的發展時,掌握其中的核心設計原則和原理就變得非常必要。
本書的特彆之處
本書有3個特彆之處:首先,它涵蓋瞭雷達和電子戰的綜閤設計和應用原則,並且包含一定數量的最新應用;其次,它用潛在的應用將這些規則勾勒齣來,盡量用最簡單的數學方法、最常見的函數、積分和錶達式來解釋原理步驟;最後,它用相同的推導方法、數學理論和概念數學模型來討論雷達和電子戰。
深入探索廣闊電磁世界:一段非凡的旅程 想象一下,我們生活在一個被看不見的戰場所籠罩的世界。在這個戰場上,信息的獲取、乾擾和防護是至關重要的。我們賴以生存的通訊、導航、氣象預報,甚至我們對遠方的感知,都離不開一個隱藏在幕後的強大力量——電磁波。本書將帶領您踏上一段深入探索這個迷人世界的旅程,您無需具備深厚的專業背景,隻需保持一顆好奇的心和求知的熱情。 我們生活的時代,信息爆炸已是常態。然而,支撐這一切的背後,是人類對電磁波特性的深刻理解和巧妙運用。從最基礎的廣播信號到最先進的衛星通訊,從翱翔天際的飛機到探測深海的潛艇,電磁波無處不在,扮演著至關重要的角色。它們如同無形的觸角,延伸到我們感官的極限之外,為我們揭示著世界的奧秘。 本書的初衷,是為那些對這個充滿活力的領域感到好奇,但又可能因專業術語和復雜原理而望而卻步的讀者提供一個清晰、易懂的入門途徑。我們並非要將您培養成一名雷達工程師或電子戰專傢,而是希望為您打開一扇窗,讓您能夠以更廣闊的視野理解我們身處的現代科技社會是如何運作的。您將瞭解到,那些看似神奇的技術,背後蘊藏著怎樣的科學原理和工程智慧。 我們將從電磁波的最基本概念入手,如同初學者學習字母一樣。您將認識到,電磁波並非一種神秘的存在,而是由相互關聯的電場和磁場組成的波動,它們以驚人的速度在空間中傳播。我們將一同探討電磁波的各個特性,例如頻率、波長、振幅以及它們如何決定瞭電磁波的傳播方式和我們可以用它們做什麼。我們會用通俗易懂的比喻和生動的例子,讓這些抽象的概念變得觸手可及。例如,您會瞭解到,不同頻率的電磁波就像不同音調的聲音,它們有不同的“聽力範圍”和“穿透能力”。 接著,我們將目光聚焦於電磁波在實際應用中的一個重要分支——雷達。雷達,這個名字本身就充滿瞭神秘感,它來源於“無綫電探測與測距”(Radio Detection and Ranging)的首字母縮寫。它的核心思想簡單而又強大:通過發射電磁波並接收迴波,來探測目標的位置、速度、大小甚至形狀。想象一下,雷達就像一雙看不見的眼睛,它能夠在黑暗中“看見”遠方的物體,能夠在濃霧中“辨識”前方的障礙,甚至能夠在茫茫大海中“追蹤”悄然移動的船隻。 我們將為您揭示雷達工作的基本原理。您會瞭解到,雷達通過發射脈衝式的電磁波,當這些電磁波遇到物體後會發生反射,形成迴波。雷達接收這些迴波,並根據迴波的返迴時間來計算目標與雷達的距離,根據迴波的多普勒頻移來判斷目標的運動速度。我們會探討不同類型的雷達,例如脈衝雷達、連續波雷達,以及它們各自的優缺點和適用場景。您將瞭解到,為什麼軍事領域的偵察和預警離不開雷達,為什麼民用領域的航空管製和天氣監測也高度依賴雷達技術。 除瞭探測,雷達的另一個關鍵應用在於它的“成像”能力。通過分析不同角度的迴波信號,雷達甚至可以繪製齣目標的“輪廓”,提供比傳統光學成像更豐富的信息。例如,在惡劣天氣條件下,光學望遠鏡可能束手無策,而雷達卻能穿透雲層,清晰地描繪齣地麵的景象。我們會簡要介紹閤成孔徑雷達(SAR)等先進雷達技術,它們能夠以前所未有的精度生成高分辨率的地麵圖像,為地球科學研究、災害監測和城市規劃等領域提供瞭強大的工具。 然而,電磁波的世界並非隻有單方麵的應用。當有人試圖利用電磁波來獲取信息時,必然會有人試圖乾擾或阻止這種信息的獲取。這就引齣瞭我們即將探索的另一個至關重要的領域——電子戰。電子戰,顧名思義,是指在電磁頻譜領域進行的各種軍事對抗活動。它是一種高度技術化的“信息爭奪戰”,目標是在復雜的戰場環境中,確保己方信息的有效傳輸,同時乾擾敵方信息的獲取和使用。 我們將從電子戰的基本組成部分開始,讓您對這個概念有一個初步的認識。電子戰可以大緻分為三個主要方麵:電子偵察(Electronic Warfare Support – ES)、電子乾擾(Electronic Warfare Jamming – EP)和電子防護(Electronic Warfare Protection – PA)。 電子偵察,就像戰場上的“竊聽器”。它通過監聽和分析敵方的電磁信號,來瞭解敵方的部署、意圖和能力。例如,通過截獲敵方的通訊信號,我們可以得知他們的指揮和控製信息;通過分析敵方雷達信號,我們可以瞭解他們的探測範圍和目標類型。我們會探討電子偵察的技術手段,例如信號情報(SIGINT)的采集和分析,以及如何從海量的電磁信號中提取齣有價值的情報。 電子乾擾,則是電子戰中的“噪音製造者”。它的目標是通過發射各種類型的電磁信號,來擾亂敵方的雷達、通訊或導航係統,使其無法正常工作。想象一下,當您試圖聽清一個微弱的聲音時,突然有人在你耳邊大聲喧嘩,您將無法聽清任何信息,這就是電子乾擾的效果。我們會介紹各種乾擾技術,例如阻塞乾擾、欺騙乾擾等,以及它們如何被用來對付不同的電子係統。 而電子防護,則是“反製”和“防禦”的藝術。在電磁戰的對抗中,己方需要采取措施,確保己方的電子係統能夠抵禦敵方的乾擾和偵察。這包括開發更先進的抗乾擾技術,例如頻率捷變、低截獲概率信號等,也包括通過電子措施來隱藏己方的電子信號,使其難以被敵方探測。我們會探討電子防護的重要性,以及它如何成為現代軍事對抗不可或缺的一環。 本書將深入淺齣地講解這些原理,避免使用過於晦澀的數學公式和工程細節,而是側重於概念的理解和邏輯的梳理。您將瞭解到,雷達和電子戰並非孤立的技術,它們相互依存,共同構成瞭現代電子信息戰的核心。一場成功的電子戰,往往是雷達探測、電子乾擾和電子防護協同作戰的結果。 例如,在一次軍事行動中,友軍的飛機可能需要使用雷達來探測敵方的防空係統,但同時也必須警惕敵方的電子偵察。因此,雷達的操作員可能需要采用特殊的模式,以降低被敵方發現的概率。同時,電子戰飛機可能會發射乾擾信號,來擾亂敵方的雷達和導彈製導係統。而敵方則會動用自己的電子偵察和乾擾能力,試圖反製友軍的電子攻擊。整個過程,就像一場精密的“貓鼠遊戲”,在看不見的電磁頻譜上展開激烈的博弈。 我們還將觸及一些與雷達和電子戰相關的關鍵概念,例如電磁頻譜管理。隨著人類對電磁波應用的日益廣泛,電磁頻譜的資源變得越來越寶貴。如何有效地分配和利用這些有限的頻譜資源,避免不同係統之間的相互乾擾,是現代社會麵臨的重要挑戰。我們將簡要介紹頻譜管理的意義,以及它如何影響著我們日常的通訊和科技發展。 本書的目的,不僅僅是傳授知識,更是激發您的興趣。我們希望通過這段旅程,讓您對雷達和電子戰有一個係統而全麵的認識,理解它們在現代社會中的重要性,以及它們在科學技術發展中所扮演的角色。您將能夠更好地理解新聞報道中提及的軍事技術,更好地理解我們身邊各種無綫通訊設備的工作原理,甚至能夠對未來的科技發展産生更深刻的洞察。 我們相信,每一個對世界充滿好奇的人,都能夠在這段探索電磁世界的旅程中,找到屬於自己的樂趣和啓發。本書將以清晰的邏輯、生動的語言,引領您走進這個充滿智慧與挑戰的領域,讓您在理解科學原理的同時,也能夠感受到人類智慧的光芒。請準備好,與我們一同啓程,開啓這段非凡的探索之旅!