雷達(dá)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)（MATLAB版 第三版）

目 錄
第一部分 雷達(dá)原理
第1章 定義和術(shù)語(yǔ) 2
1．1　雷達(dá)系統(tǒng)的分類和波段 2
1．2 脈沖和連續(xù)波（CW）雷達(dá) 6
1．3 距離 7
1．4 距離分辨率 9
1．5 多普勒頻率 11
1．6 相干性 17
1．7 分貝的算法 18
習(xí)題 19
附錄1-A 第1章MATLAB程序清單 20
第2章 基本脈沖和連續(xù)波（CW）雷達(dá)操作 22
2．1 雷達(dá)距離方程 22
2．2 低PRF雷達(dá)方程 26
2．3 高PRF雷達(dá)方程 28
2．4 監(jiān)視雷達(dá)方程 30
2．5 帶干擾的雷達(dá)方程 34
2．5．1 自屏蔽干擾器（SSJ） 35
2．5．2 燒穿距離 38
2．5．3 遠(yuǎn)距離干擾器（SOJ） 40
2．6 距離縮減因子 42
2．7 雙基地雷達(dá)方程 42
2．8 雷達(dá)損耗 44
2．8．1 發(fā)射和接收損耗 44
2．8．2 天線方向圖損耗和掃描損耗 44
2．8．3 大氣損耗 45
2．8．4 折疊損耗 45
2．8．5 處理?yè)p耗 46
2．9 噪聲系數(shù) 48
2．10 連續(xù)波雷達(dá) 51
2．10．1 連續(xù)波雷達(dá)方程 52
2．10．2 頻率調(diào)制 53
2．10．3 線性調(diào)頻（LFM）連續(xù)波雷達(dá) 57
2．10．4 多頻連續(xù)波雷達(dá) 59
2．11 MATLAB函數(shù)“range_calc．m” 60
習(xí)題 61
附錄2-A 第2章MATLAB程序清單 65
第二部分 雷達(dá)信號(hào)與信號(hào)處理
第3章 線性系統(tǒng)與復(fù)信號(hào)表示法 78
3．1 信號(hào)分類 78
3．2 傅里葉變換 79
3．3 系統(tǒng)分類 79
3．3．1 線性與非線性系統(tǒng) 80
3．3．2 時(shí)不變與時(shí)變系統(tǒng) 80
3．3．3 穩(wěn)定與非穩(wěn)定系統(tǒng) 80
3．3．4 因果與非因果系統(tǒng) 81
3．4 用傅里葉級(jí)數(shù)的信號(hào)表示法 81
3．5 卷積與相關(guān)積分 83
3．5．1 能量與功率譜密度 84
3．6 帶通信號(hào) 87
3．6．1 解析信號(hào)（前置包絡(luò)） 87
3．6．2 帶通信號(hào)的前置包絡(luò)與復(fù)包絡(luò) 88
3．7 一些常規(guī)雷達(dá)信號(hào)的頻譜 90
3．7．1 連續(xù)波信號(hào) 90
3．7．2 有限持續(xù)時(shí)間脈沖信號(hào) 91
3．7．3 周期脈沖信號(hào) 92
3．7．4 有限持續(xù)時(shí)間脈沖串信號(hào) 93
3．7．5 線性調(diào)頻（LFM）信號(hào) 94
3．8 信號(hào)帶寬與持續(xù)時(shí)間 98
3．8．1 有效帶寬與持續(xù)時(shí)間計(jì)算 99
3．9 離散時(shí)間系統(tǒng)與信號(hào) 102
3．9．1 采樣定理 102
3．9．2 Z變換 105
3．9．3 離散傅里葉變換 106
3．9．4 離散功率譜 106
3．9．5 加窗技術(shù) 108
3．9．6 抽取與插值 111
習(xí)題 112
附錄3-A 第3章MATLAB程序清單 114
附錄3-B 傅里葉變換對(duì) 118
附錄3-C Z變換對(duì) 119
第4章 匹配濾波器雷達(dá)接收機(jī) 120
4．1 匹配濾波器信噪比 120
4．1．1 白噪聲情況 122
4．1．2 副本 123
4．2 匹配濾波器輸出通式 124
4．2．1 靜止目標(biāo)情況 124
4．2．2 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)情況 125
4．3 波形分辨率和模糊 127
4．3．1 距離分辨率 127
4．3．2 多普勒分辨率 129
4．3．3 復(fù)合距離與多普勒分辨率 130
4．4 距離與多普勒不定 131
4．4．1 距離不定 131
4．4．2 多普勒不定 133
4．4．3 距離-多普勒耦合 134
4．4．4 LFM信號(hào)的距離-多普勒耦合 137
4．5 目標(biāo)參數(shù)估計(jì) 138
4．5．1 何為估計(jì)函數(shù) 138
4．5．2 幅度估計(jì) 139
4．5．3 相位估計(jì) 139
習(xí)題 140
第5章 模糊函數(shù)―模擬波形 142
5．1 引言 142
5．2 模糊函數(shù)的例子 143
5．2．1 單個(gè)脈沖模糊函數(shù) 143
5．2．2 LFM模糊函數(shù) 145
5．2．3 相干脈沖串模糊函數(shù) 149
5．2．4 LFM脈沖串的模糊函數(shù) 152
5．3 步進(jìn)頻率波形 155
5．4 非線性調(diào)頻 157
5．4．1 靜態(tài)相位的概念 157
5．4．2 頻率調(diào)制波形的頻譜賦形 161
5．5 模糊圖等值線 162
5．6 LFM信號(hào)的距離-多普勒耦合的解釋 163
習(xí)題 164
附錄5-A 第5章MATLAB程序清單 165
第6章 模糊函數(shù)―離散編碼波形 171
6．1 離散編碼信號(hào)表示 171
6．2 脈沖串編碼 172
6．3 相位編碼 176
6．3．1 二進(jìn)制相位編碼 176
6．3．2 多相編碼 189
6．4 頻率編碼 191
6．4．1 Costas碼 191
6．5 離散編碼的模糊圖 193
習(xí)題 194
附錄6-A 第6章MATLAB程序清單 194
第7章 脈沖壓縮 199
7．1 時(shí)間-帶寬積 199
7．2 脈沖壓縮的雷達(dá)方程 200
7．3 脈沖壓縮的基本原理 200
7．4 相關(guān)處理器 202
7．5 擴(kuò)展處理器 207
7．5．1 LFM 脈沖信號(hào) 208
7．5．2 步進(jìn)頻率波形 213
7．5．3 目標(biāo)速度的影響 219
習(xí)題 220
附錄7-A 第7章MATLAB程序清單 221
第三部分 雷達(dá)系統(tǒng)的特殊考慮
第8章 雷達(dá)波的傳播 228
8．1 地球?qū)走_(dá)方程的影響 228
8．2 地球大氣層 228
8．3 大氣模型 230
8．3．1 對(duì)流層中的折射率 230
8．3．2 電離層中的折射率 232
8．3．3 計(jì)算折射率的數(shù)學(xué)模型 233
8．3．4 分層大氣折射模型 234
8．4 三分之四地球模型 238
8．4．1 目標(biāo)高度方程 238
8．5 地面反射 239
8．5．1 平滑表面反射系數(shù) 239
8．5．2 發(fā)散 243
8．5．3 粗糙表面反射 244
8．5．4 總反射系數(shù) 245
8．6 方向圖傳播因子 246
8．6．1 平坦地表 248
8．6．2 球形地球 249
8．7 衍射 253
8．8 大氣衰減 256
8．8．1 大氣吸收 257
8．8．2 大氣衰減圖 259
8．9 降水導(dǎo)致的衰減 262
習(xí)題 264
附錄8-A 第8章MATLAB程序清單 265
第9章 雷達(dá)雜波 280
9．1 雜波的定義 280
9．2 表面雜波 280
9．2．1 區(qū)域雜波的雷達(dá)方程―機(jī)載雷達(dá) 282
9．3 體雜波 283
9．3．1 體雜波的雷達(dá)方程 285
9．4 表面雜波RCS 286
9．4．1 單脈沖低PRF情況 286
9．4．2 高PRF的情況 291
9．5 雜波元素 293
9．6 雜波后向散射系數(shù)統(tǒng)計(jì)模型 294
9．6．1 表面雜波的情況 294
9．6．2 體雜波情況 296
習(xí)題 297
附錄9-A 第9章MATLAB程序清單 297
第10章 動(dòng)目標(biāo)顯示（MTI）和脈沖多普勒雷達(dá) 302
10．1 雜波功率譜密度 302
10．2 動(dòng)目標(biāo)顯示（MTI）的概念 302
10．2．1 單延遲線對(duì)消器 304
10．2．2 雙延遲線對(duì)消器 305
10．2．3 帶有反饋回路（遞歸濾波器）的延遲線 307
10．3 PRF參差 308
10．4 MTI改善因子 311
10．4．1 2脈沖MTI形式 312
10．4．2 通用形式 313
10．5 雜波下的可見(jiàn)度（SCV） 314
10．6 有最佳權(quán)重的延遲線對(duì)消器 314
10．7 脈沖多普勒雷達(dá) 316
10．7．1 脈沖多普勒雷達(dá)信號(hào)處理 319
10．7．2 解距離模糊 320
10．7．3 解多普勒模糊包絡(luò) 322
10．8 相位噪聲 325
習(xí)題 329
附錄10-A 第10章MATLAB程序清單 331
第四部分 雷達(dá)檢測(cè)
第11章 隨機(jī)變量和隨機(jī)過(guò)程 337
11．1 隨機(jī)變量 337
11．2 多元高斯隨機(jī)向量 339
11．2．1 復(fù)數(shù)多元高斯隨機(jī)向量 342
11．3 瑞利隨機(jī)變量 342
11．4 卡方隨機(jī)變量 343
11．4．1 自由度為N的中心卡方隨機(jī)變量 343
11．4．2 自由度為N的非中心卡方隨機(jī)變量 344
11．5 隨機(jī)過(guò)程 345
11．6 高斯隨機(jī)過(guò)程 346
11．6．1 低通高斯隨機(jī)變量 346
11．6．2 帶通高斯隨機(jī)過(guò)程 347
11．6．3 帶通高斯過(guò)程的包絡(luò) 348
習(xí)題 349
第12章 單脈沖檢測(cè) 351
12．1 參數(shù)已知的單脈沖 351
12．2 幅度已知、相位未知的單脈沖 354
12．2．1 虛警概率 357
12．2．2 檢測(cè)概率 358
習(xí)題 360
附錄12-A 第12章MATLAB程序清單 361
第13章 波動(dòng)目標(biāo)檢測(cè) 364
13．1 引言 364
13．2 脈沖積累 364
13．2．1 相干積累 365
13．2．2 非相干積累 366
13．2．3 改善因子和積累損耗 366
13．3 目標(biāo)起伏：目標(biāo)χ2族 367
13．4 平方律檢波器的虛警概率公式 368
13．4．1 平方律檢測(cè) 371
13．5 探測(cè)概率的計(jì)算 372
13．5．1 Swerling 0（Swerling V）目標(biāo)的探測(cè) 372
13．5．2 Swerling I目標(biāo)的探測(cè) 374
13．5．3 Swerling II目標(biāo)的探測(cè) 375
13．5．4 Swerling III目標(biāo)的探測(cè) 376
13．5．5 Swerling IV目標(biāo)的探測(cè) 378
13．6 起伏損耗的計(jì)算 380
13．7 累積探測(cè)概率 381
13．8 恒虛警率（CFAR） 383
13．8．1 單元-平均CFAR（單個(gè)脈沖） 384
13．8．2 采用非相干積累的單元-平均CFAR 385
13．9 MN檢測(cè) 386
13．10 雷達(dá)方程回顧 387
習(xí)題 388
附錄13-A 不完全伽馬函數(shù) 390
附錄13-B 第13章MATLAB程序清單 392
第五部分 關(guān)于雷達(dá)的一些特殊主題
第14章 雷達(dá)截面積（RCS） 407
14．1 RCS定義 407
14．2 RCS和姿態(tài)角及頻率的依賴關(guān)系 408
14．3 RCS與極化的依賴關(guān)系 411
14．3．1 歸一化電場(chǎng) 411
14．3．2 極化 411
14．3．3 目標(biāo)散射矩陣 413
14．4 簡(jiǎn)單物體的RCS 415
14．4．1 球 415
14．4．2 橢球 417
14．4．3 圓形平板 419
14．4．4 截錐體（平截體） 420
14．4．5 圓柱體 423
14．4．6 矩形平板 425
14．4．7 三角形平板 428
14．5 復(fù)雜目標(biāo)的RCS 429
14．6 RCS預(yù)測(cè)方法 430
14．6．1 計(jì)算電磁學(xué) 431
14．6．2 有限微分時(shí)間域方法 431
14．6．3 有限元方法 433
14．6．4 積分方程 434
14．6．5 幾何光學(xué) 435
14．6．6 物理光學(xué) 435
14．6．7 邊緣衍射 437
14．7 多次反射 437
習(xí)題 438
附錄14-A 第14章MATLAB程序清單 439
第15章 相控陣天線 456
15．1 方向性、功率增益和有效孔徑 456
15．2 近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng) 457
15．3 通用陣列 458
15．4 線性陣列天線 460
15．4．1 陣列錐削 463
15．4．2 通過(guò)DFT進(jìn)行方向圖計(jì)算 465
15．5 平面陣列 470
15．5．1 矩形網(wǎng)格陣列 471
15．5．2 圓形網(wǎng)格陣列 472
15．5．3 同軸網(wǎng)格圓形陣列 478
15．5．4 帶圓形邊界的矩形網(wǎng)格陣列 479
15．5．5 六邊形網(wǎng)格陣列 479
15．6 陣列天線掃描損失 490
15．7 多輸入多輸出（MIMO）―線性陣列 492
習(xí)題 495
附錄15-A 第15章MATLAB程序清單 496
第16章 自適應(yīng)信號(hào)處理 509
16．1 非自適應(yīng)波束形成 509
16．2 使用最小均方的自適應(yīng)信號(hào)處理 512
16．3 LMS自適應(yīng)陣列處理 515
16．4 副瓣對(duì)消器（SLC） 522
16．5 空時(shí)自適應(yīng)處理（STAP） 523
16．5．1 空時(shí)處理 523
16．5．2 空時(shí)自適應(yīng)處理 526
習(xí)題 529
附錄16-A 第16章MATLAB程序清單 529
第17章 目標(biāo)跟蹤 537
17．1 角度跟蹤 537
17．1．1 時(shí)序波瓣法 537
17．1．2 圓錐掃描 538
17．2 幅度比較單脈沖 541
17．3 相位比較單脈沖 546
17．4 距離跟蹤 548
17．5 邊搜索邊跟蹤（TWS） 549
17．6 LTI系統(tǒng)的狀態(tài)變量表示法 550
17．7 感興趣的LTI系統(tǒng) 553
17．8 固定增益跟蹤濾波器 554
17．8．1 ?? 濾波器 556
17．8．2 ????濾波器 559
17．9 卡爾曼濾波器 567
17．9．1 Singer ???-卡爾曼濾波器 568
17．9．2 卡爾曼濾波器和??? 濾波器的關(guān)系 570
17．10 MATLAB卡爾曼濾波仿真 573
習(xí)題 579
附錄17-A 第17章MATLAB程序清單 581
第18章 戰(zhàn)術(shù)合成孔徑雷達(dá)（TSAR） 588
18．1 引言 588
18．1．1 側(cè)視SAR的幾何關(guān)系 588
18．2 SAR設(shè)計(jì)上的考慮 590
18．3 SAR雷達(dá)方程 594
18．4 SAR信號(hào)處理 595
18．5 側(cè)視SAR多普勒處理 595
18．6 利用多普勒處理進(jìn)行SAR成像 598
18．7 距離移動(dòng) 599
18．8 三維SAR成像技術(shù) 599
18．8．1 背景 600
18．8．2 DFTSQM操作與信號(hào)處理 600
18．8．3 DFTSQM SAR圖像的幾何關(guān)系 603
18．8．4 斜距方程 604
18．8．5 信號(hào)合成 606
18．8．6 電子處理 607
18．8．7 方程（18．71）的推導(dǎo) 608
18．8．8 第k個(gè)距離單元的非零泰勒級(jí)數(shù)系數(shù) 610
習(xí)題 611
附錄18-A 第18章MATLAB程序清單 612
參考文獻(xiàn) 614