雷达系统及其信息处理（第2版）_许小剑_9787121347627

本书定位为高等院校信息类专业高年级本科生和研究生教材，其特色是：不是单纯地讲授雷达原理或雷达基本理论，而是根据现代雷达系统的特点，站在雷达系统及其同目标与环境的相互作用、信号获取与信息处理的角度，阐述雷达系统及其信息处理中的相关问题。在内容编排上，本书强调雷达信号基本理论、雷达系统同目标与环境的相互作用，以及先进雷达系统中的信息获取与信息处理技术。为此，本书按照4个模块编写。第1章和第2章介绍雷达基本概念、发展历史和趋势及预备知识；第3、4、5章阐述雷达系统基本原理和基本理论，包括雷达发射与接收、雷达方程与目标检测、雷达波形与处理；第6章和第7章着重分析雷达系统同目标与环境的相互作用，包括雷达目标、大气传播和背景散射等；第8、9、10章讨论先进雷达系统及其处理技术，包括雷达测量与跟踪、脉冲多普勒和动目标指示雷达及高分辨率雷达成像。本次修订重点增加了波形分集等前沿技术、雷达目标高分辨率图像理解、环境杂波模型等方面的论述。本书既可作为高等院校相关专业本科高年级学生和研究生相关课程的教材，又可作为从事雷达系统、微波遥感、电磁散射、信号与信息处理等相关专业的工程技术人员及雷达部队官兵的参考书。

目录第1章引论 1 1.1 雷达的概念 1 1.2 电磁波谱及雷达频段 1 1.2.1 电磁波谱 1 1.2.2 雷达频段的特性 2 1.3 雷达系统的分类 3 1.4 雷达的起源、发展和未来 4 1.4.1 雷达的起源 4 1.4.2 雷达的发展 8 1.4.3 雷达的未来 11 1.5 雷达的应用 15 1.5.1 民用雷达的应用 15 1.5.2 军用雷达的应用 17 1.6 雷达系统及其同目标与环境的相互作用 22 1.6.1 最基本的雷达系统 22 1.6.2 雷达系统同目标与环境的相互作用模型 23 第1章思考题 24 参考文献 25 第2章电磁场与电磁波基础 27 2.1 麦克斯韦方程 27 2.1.1 麦克斯韦方程及其物理意义 27 2.1.2 电磁场的基本性质 29 2.1.3 电磁场的边界条件 29 2.1.4 坡印亭定理 30 2.2 时谐场 32 2.2.1 相量形式的麦克斯韦方程 32 2.2.2 相量形式的边界条件 33 2.2.3 相量形式的坡印亭定理 33 2.3 球面波和平面波 34 2.3.1 球面波与平面波的概念 34 2.3.2 近场与远场 34 2.4 电磁波的极化 35 2.4.1 极化波的概念 35 2.4.2 线极化 37 2.4.3 圆极化 37 2.4.4 椭圆极化 38 2.4.5 场的极化分解 39 2.5 平面波的传播 39 2.6 平面波的反射、折射、绕射和散射 41 2.6.1 惠更斯原理 41 2.6.2 平面波的反射 42 2.6.3 平面波的折射 43 2.6.4 平面波的绕射 44 2.6.5 平面波的散射 45 第2章思考题 46 参考文献 46 第3章雷达发射与接收 47 3.1 雷达信号及其表示方式 47 3.2 脉冲雷达与目标距离测量 49 3.2.1 脉冲雷达 49 3.2.2 目标距离的测量 50 3.3 相参雷达与目标多普勒频率测量 50 3.3.1 相参雷达的概念 50 3.3.2 目标多普勒频率的测量 51 3.4 雷达天线 53 3.4.1 天线的主要参数 53 3.4.2 孔径天线 55 3.4.3 相控阵列天线 56 3.5 雷达发射机 59 3.5.1 雷达发射机的分类及特点 59 3.5.2 雷达发射机的主要技术指标 61 3.5.3 射频功率源 62 3.5.4 脉冲调制器 63 3.6 雷达接收机 64 3.6.1 雷达接收机的组成 64 3.6.2 超外差式接收机的主要技术指标 65 3.7 相参雷达系统 66 3.7.1 振荡频率源 66 3.7.2 波形调制 67 3.7.3 混频器 68 3.7.4 限幅器 68 3.7.5 信号解调与正交检波 69 3.7.6 I/Q通道失真及其校正 70 3.7.7 系统非线性的影响 72 3.7.8 相参雷达各点信号波形小结 75 3.8 系统噪声和灵敏度 76 3.8.1 接收机噪声 76 3.8.2 噪声系数 77 3.8.3 噪声系数的计算 78 3.8.4 接收机灵敏度的计算 79 第3章思考题 80 参考文献 81 第4章雷达方程与目标检测 83 4.1 基本雷达方程 83 4.1.1 雷达方程的推导 83 4.1.2 雷达方程的讨论 85 4.2 噪声中的信号检测 87 4.2.1 信号检测基本原理 88 4.2.2 门限检测 89 4.2.3 雷达脉冲的积累 90 4.3 虚警概率和检测概率 91 4.3.1 虚警概率 91 4.3.2 检测概率 92 4.3.3 提高检测概率的方法 93 4.4 恒虚警率检测 94 4.5 对雷达方程的进一步讨论 95 4.5.1 用检测因子和能量表示的雷达方程 95 4.5.2 双站雷达方程 97 4.5.3 搜索雷达方程 97 4.5.4 雷达方程的使用 98 第4章思考题 99 参考文献 100 第5章雷达波形与处理 101 5.1 匹配滤波器 101 5.1.1 匹配滤波器的响应 101 5.1.2 匹配滤波器对时延和多普勒频移信号的响应 103 5.2 雷达模糊度函数 104 5.2.1 雷达模糊度函数的定义 104 5.2.2 雷达模糊度函数的性质 105 5.2.3 模糊度函数的时延和多普勒切片 106 5.3 雷达波形与分辨率 106 5.3.1 径向距离分辨率 106 5.3.2 信号带宽与距离分辨率 108 5.3.3 多普勒频率分辨率 109 5.3.4 波形评价准则 110 5.4 典型雷达波形及其模糊度函数 111 5.4.1 单频脉冲 111 5.4.2 线性调频脉冲 113 5.4.3 相干脉冲串 117 5.4.4 相位编码信号 120 5.4.5 模糊函数轮廓图 124 5.5 数字脉冲压缩 126 5.5.1 脉冲压缩的概念 126 5.5.2 线性调频脉冲的数字脉冲压缩 126 5.5.3 线性调频脉冲的加权处理 128 5.5.4 相位编码信号的数字脉冲压缩 129 5.5.5 二相巴克码信号的加权处理 130 5.6 波形分集概念及应用 132 5.6.1 波形分集概念 132 5.6.2 抗干扰波形优化：信干噪比最大化 133 5.6.3 杂波抑制波形优化：信杂比最大化 134 5.6.4 目标识别波形优化：最大辨识度 136 5.6.5 认知雷达：知识辅助的全自适应方法 136 第5章思考题 137 参考文献 138 第6章雷达目标 140 6.1 概述 140 6.2 目标RCS的基本概念 141 6.2.1 RCS的定义及其物理意义 141 6.2.2 目标RCS与雷达探测 144 6.2.3 目标散射函数的概念 144 6.3 雷达目标的三个散射区 148 6.3.1 瑞利区 148 6.3.2 谐振区 149 6.3.3 光学区 149 6.4 目标散射的极化特性 150 6.4.1 极化散射矩阵 150 6.4.2 极化散射矩阵变换 152 6.5 散射中心 153 6.5.1 散射中心的概念 153 6.5.2 散射中心的带通滤波解释 155 6.6 复杂目标的高频散射机理 157 6.7 几种简单目标的RCS 159 6.7.1 完纯导体球 159 6.7.2 矩形金属平板 160 6.7.3 球头锥 162 6.8 目标RCS起伏的统计模型 164 6.8.1 RCS起伏的物理解释 164 6.8.2平方分布和Swerling模型 165 6.8.3 Rice分布模型 167 6.8.4 对数-正态分布模型 167 6.9 目标RCS图像理解 168 6.9.1 金属球的一维和二维散射图像 168 6.9.2 不同散射机理在雷达图像中的表现形式 173 第6章思考题 181 参考文献 182 第7章雷达系统与外部环境的相互作用 184 7.1 大气传播衰减 184 7.1.1 地球大气层 184 7.1.2 传播衰减 185 7.2 大气折射的影响 188 7.3 地球曲率的影响 189 7.3.1 雷达直视距离 189 7.3.2 擦地角的计算 191 7.3.3 地球曲率产生的发散 191 7.4 粗糙表面的反射和散射 192 7.4.1 粗糙表面的反射 192 7.4.2 郎伯反射体 193 7.5 多路径效应 193 7.6 地杂波 195 7.6.1 散射系数 195 7.6.2 照射面积A的计算 196 7.6.3 地面后向散射系数与表面粗糙度的关系 197 7.6.4 地面后向散射系数随擦地角的变化 198 7.6.5 地面后向散射系数随频率的变化 198 7.6.6 地面后向散射系数的极化特性 199 7.6.7 地面后向散射系数半经验模型 199 7.7 海杂波 206 7.7.1 海面后向散射系数随擦地角及条件的变化 206 7.7.2 海面后向散射系数的极化特性 207 7.7.3 海面后向散射系数与风速及风向的关系 207 7.7.4 海面后向散射系数半经验模型 207 7.8 体散射杂波 213 7.9 地海杂波统计模型 214 7.9.1 瑞利分布模型 214 7.9.2 韦布尔分布模型 215 7.9.3 对数正态分布模型 216 7.9.4 复合K分布模型 217 7.9.5 统计模型的应用 218 7.10 杂波的内部调制谱 219 7.10.1 高斯谱模型 219 7.10.2 幂次律模型 220 7.10.3 指数律模型 220 7.11 外部噪声 221 7.11.1 大气噪声 221 7.11.2 宇宙噪声 222 第7章思考题 222 参考文献 223 第8章雷达尺度参数测量和目标跟踪 225 8.1 雷达测距 225 8.1.1 目标距离测量 225 8.1.2 最大不模糊距离 226 8.1.3 测距精度 227 8.2 雷达测速 229 8.2.1 多普勒频率及速度的测量 229 8.2.2 机载雷达目标的多普勒频率分析 230 8.2.3 最大不模糊多普勒频率(速度) 233 8.2.4 雷达测频(测速)精度 234 8.3 雷达“测不准”原理介绍 235 8.3.1 雷达时间信号同其频谱之间的关系 235 8.3.2 雷达“测不准”原理 237 8.4 雷达测角 238 8.4.1 波束切换和圆锥扫描 238 8.4.2 单脉冲雷达 239 8.4.3 雷达测角精度 240 8.4.4 雷达测距、测速和测角的共同点 240 8.5 雷达跟踪 241 8.5.1 雷达跟踪的分类 241 8.5.2 距离跟踪 242 8.5.3 角度跟踪 242 8.5.4 目标噪声对测量和跟踪的影响 244 第8章思考题 245 参考文献 246 第9章脉冲多普勒雷达与处理 247 9.1 基本概念 247 9.2 运动平台和目标的多普勒特性 248 9.2.1 PD雷达的多普勒频移 248 9.2.2 PD雷达的回波 249 9.2.3 杂波对消 252 9.3 测距和测速模糊的解算 253 9.3.1 测距模糊的解算 253 9.3.2 “幻影”问题 254 9.3.3 测速模糊的解算 255 9.3.4 遮挡的消除 256 9.4 延时线对消器 257 9.4.1 延时线对消器的响应 258 9.4.2 杂波衰减因子 259 9.4.3 MTI改善因子 260 9.4.4 杂波中的可见度(SCV) 260 9.4.5 多级延时线对消器及其实现结构 260 9.5 MTI雷达 261 9.5.1 MTI雷达工作原理 261 9.5.2 “盲相”问题 262 9.5.3 多普勒滤波器组 263 9.5.4 数字MTI处理器 265 9.5.5 运动平台的MTI雷达 265 9.5.6 杂波多普勒中心频率的补偿 266 9.5.7 杂波多普勒展宽的补偿 266 9.6 PD雷达低重频方式 268 9.6.1 低重频PD雷达的回波 269 9.6.2 低重频PD雷达的目标检测 269 9.6.3 最佳滤波器 270 9.6.4 PD雷达低重频方式的信号处理 271 9.7 PD雷达中重频方式 272 9.7.1 中重频PD雷达的回波 272 9.7.2 中重频PD雷达的目标检测 272 9.7.3 中重频PD雷达的信号处理 273 9.7.4 PD雷达中重频方式的一些说明 273 9.8 PD雷达高重频方式 274 9.8.1 高重频PD雷达的回波 275 9.8.2 高重频PD雷达的目标检测 275 9.8.3 高重频PD雷达的信号处理 276 9.8.4 PD雷达高重频方式的一些说明 277 9.8.5 PD雷达不同重频工作方式的比较 277 第9章思考题 278 参考文献 279 第10章高分辨率雷达成像与处理 280 10.1 雷达的径向距离高分辨率 280 10.1.1 步进频率波形与合成高分辨率距离像 281 10.1.2 LFM波形和展宽处理 283 10.2 雷达的横向距离分辨率 287 10.2.1 旋转目标的多普勒 288 10.2.2 横向距离分辨率 288 10.3 转台目标的距离-多普勒成像 290 10.3.1 三维扩展目标的散射分布函数 290 10.3.2 旋转目标的距离-多普勒二维成像 291 10.3.3 二维FFT算法 293 10.3.4 滤波-逆投影算法 293 10.4 逆合成孔径雷达成像及其运动补偿 294 10.5 合成孔径雷达成像 296 10.5.1 实孔径雷达(RAR)和合成孔径雷达(SAR)的比较 297 10.5.2 SAR成像模式 298 10.5.3 SAR成像雷达的参数选择问题 300 10.6 干涉合成孔径雷达成像 302 10.6.1 InSAR高程测量的基本原理 303 10.6.2 InSAR高程测量的过程 304 10.7 SAR图像理解 308 第10章思考题 310 参考文献 311

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