雷達系統分析與設計 (MATLAB版), 3/e

本書作者為著名雷達技術專家，全書討論了雷達基本概念和技術原理，具體描述了雷達截面、極化、匹配濾波器和雷達模糊函數及雷達波傳播的最新進展，並給出了PRN 碼，多徑和折射、高距離分辨率、雜波和MIT處理的有關內容。新版增加了更多習題，包含豐富的MATLAB程序代碼可用於雷達系統的分析和設計，具有很高的實際應用價值。

目 錄

第一部分 雷達原理
第1章 定義和術語 2
1.1　雷達系統的分類和波段 2
1.2 脈沖和連續波（CW）雷達 6
1.3 距離 7
1.4 距離分辨率 9
1.5 多普勒頻率 11
1.6 相乾性 17
1.7 分貝的算法 18
習題 19
附錄1-A 第1章MATLAB程序清單 20
第2章 基本脈沖和連續波（CW）雷達操作 22
2.1 雷達距離方程 22
2.2 低PRF雷達方程 26
2.3 高PRF雷達方程 28
2.4 監視雷達方程 30
2.5 帶乾擾的雷達方程 34
2.5.1 自屏蔽乾擾器（SSJ） 35
2.5.2 燒穿距離 38
2.5.3 遠距離乾擾器（SOJ） 40
2.6 距離縮減因子 42
2.7 雙基地雷達方程 42
2.8 雷達損耗 44
2.8.1 發射和接收損耗 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 處理損耗 46
2.9 噪聲系數 48
2.10 連續波雷達 51
2.10.1 連續波雷達方程 52
2.10.2 頻率調制 53
2.10.3 線性調頻（LFM）連續波雷達 57
2.10.4 多頻連續波雷達 59
2.11 MATLAB函數“range_calc.m” 60
習題 61
附錄2-A 第2章MATLAB程序清單 65
第二部分 雷達信號與信號處理
第3章 線性系統與復信號表示法 78
3.1 信號分類 78
3.2 傅里葉變換 79
3.3 系統分類 79
3.3.1 線性與非線性系統 80
3.3.2 時不變與時變系統 80
3.3.3 穩定與非穩定系統 80
3.3.4 因果與非因果系統 81
3.4 用傅里葉級數的信號表示法 81
3.5 捲積與相關積分 83
3.5.1 能量與功率譜密度 84
3.6 帶通信號 87
3.6.1 解析信號（前置包絡） 87
3.6.2 帶通信號的前置包絡與復包絡 88
3.7 一些常規雷達信號的頻譜 90
3.7.1 連續波信號 90
3.7.2 有限持續時間脈沖信號 91
3.7.3 周期脈沖信號 92
3.7.4 有限持續時間脈沖串信號 93
3.7.5 線性調頻（LFM）信號 94
3.8 信號帶寬與持續時間 98
3.8.1 有效帶寬與持續時間計算 99
3.9 離散時間系統與信號 102
3.9.1 採樣定理 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 108
3.9.6 抽取與插值 111
習題 112
附錄3-A 第3章MATLAB程序清單 114
附錄3-B 傅里葉變換對 118
附錄3-C Z變換對 119
第4章 匹配濾波器雷達接收機 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 靜止目標情況 124
4.2.2 運動目標情況 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信號的距離-多普勒耦合 137
4.5 目標參數估計 138
4.5.1 何為估計函數 138
4.5.2 幅度估計 139
4.5.3 相位估計 139
習題 140
第5章 模糊函數—模擬波形 142
5.1 引言 142
5.2 模糊函數的例子 143
5.2.1 單個脈沖模糊函數 143
5.2.2 LFM模糊函數 145
5.2.3 相乾脈沖串模糊函數 149
5.2.4 LFM脈沖串的模糊函數 152
5.3 步進頻率波形 155
5.4 非線性調頻 157
5.4.1 靜態相位的概念 157
5.4.2 頻率調制波形的頻譜賦形 161
5.5 模糊圖等值線 162
5.6 LFM信號的距離-多普勒耦合的解釋 163
習題 164
附錄5-A 第5章MATLAB程序清單 165
第6章 模糊函數—離散編碼波形 171
6.1 離散編碼信號表示 171
6.2 脈沖串編碼 172
6.3 相位編碼 176
6.3.1 二進制相位編碼 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 時間-帶寬積 199
7.2 脈沖壓縮的雷達方程 200
7.3 脈沖壓縮的基本原理 200
7.4 相關處理器 202
7.5 擴展處理器 207
7.5.1 LFM 脈沖信號 208
7.5.2 步進頻率波形 213
7.5.3 目標速度的影響 219
習題 220
附錄7-A 第7章MATLAB程序清單 221
第三部分 雷達系統的特殊考慮
第8章 雷達波的傳播 228
8.1 地球對雷達方程的影響 228
8.2 地球大氣層 228
8.3 大氣模型 230
8.3.1 對流層中的折射率 230
8.3.2 電離層中的折射率 232
8.3.3 計算折射率的數學模型 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 目標高度方程 238
8.5 地面反射 239
8.5.1 平滑錶面反射系數 239
8.5.2 發散 243
8.5.3 粗糙錶面反射 244
8.5.4 總反射系數 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 降水導致的衰減 262
習題 264
附錄8-A 第8章MATLAB程序清單 265
第9章 雷達雜波 280
9.1 雜波的定義 280
9.2 錶面雜波 280
9.2.1 區域雜波的雷達方程—機載雷達 282
9.3 體雜波 283
9.3.1 體雜波的雷達方程 285
9.4 錶面雜波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 雜波後向散射系數統計模型 294
9.6.1 錶面雜波的情況 294
9.6.2 體雜波情況 296
習題 297
附錄9-A 第9章MATLAB程序清單 297
第10章 動目標顯示（MTI）和脈沖多普勒雷達 302
10.1 雜波功率譜密度 302
10.2 動目標顯示（MTI）的概念 302
10.2.1 單延遲線對消器 304
10.2.2 雙延遲線對消器 305
10.2.3 帶有反饋迴路（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 雜波下的可見度（SCV） 314
10.6 有最佳權重的延遲線對消器 314
10.7 脈沖多普勒雷達 316
10.7.1 脈沖多普勒雷達信號處理 319
10.7.2 解距離模糊 320
10.7.3 解多普勒模糊包絡 322
10.8 相位噪聲 325
習題 329
附錄10-A 第10章MATLAB程序清單 331
第四部分 雷達檢測
第11章 隨機變量和隨機過程 337
11.1 隨機變量 337
11.2 多元高斯隨機向量 339
11.2.1 復數多元高斯隨機向量 342
11.3 瑞利隨機變量 342
11.4 卡方隨機變量 343
11.4.1 自由度為N的中心卡方隨機變量 343
11.4.2 自由度為N的非中心卡方隨機變量 344
11.5 隨機過程 345
11.6 高斯隨機過程 346
11.6.1 低通高斯隨機變量 346
11.6.2 帶通高斯隨機過程 347
11.6.3 帶通高斯過程的包絡 348
習題 349
第12章 單脈沖檢測 351
12.1 參數已知的單脈沖 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 檢測概率 358
習題 360
附錄12-A 第12章MATLAB程序清單 361
第13章 波動目標檢測 364
13.1 引言 364
13.2 脈沖積累 364
13.2.1 相乾積累 365
13.2.2 非相乾積累 366
13.2.3 改善因子和積累損耗 366
13.3 目標起伏：目標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 371
13.5 探測概率的計算 372
13.5.1 Swerling 0（Swerling V）目標的探測 372
13.5.2 Swerling I目標的探測 374
13.5.3 Swerling II目標的探測 375
13.5.4 Swerling III目標的探測 376
13.5.5 Swerling IV目標的探測 378
13.6 起伏損耗的計算 380
13.7 累積探測概率 381
13.8 恆虛警率（CFAR） 383
13.8.1 單元-平均CFAR（單個脈沖） 384
13.8.2 採用非相乾積累的單元-平均CFAR 385
13.9 MN檢測 386
13.10 雷達方程回顧 387
習題 388
附錄13-A 不完全伽馬函數 390
附錄13-B 第13章MATLAB程序清單 392
第五部分 關於雷達的一些特殊主題
第14章 雷達截面積（RCS） 407
14.1 RCS定義 407
14.2 RCS和姿態角及頻率的依賴關系 408
14.3 RCS與極化的依賴關系 411
14.3.1 歸一化電場 411
14.3.2 極化 411
14.3.3 目標散射矩陣 413
14.4 簡單物體的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 復雜目標的RCS 429
14.6 RCS預測方法 430
14.6.1 計算電磁學 431
14.6.2 有限微分時間域方法 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 435
14.6.6 物理光學 435
14.6.7 邊緣衍射 437
14.7 多次反射 437
習題 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 近場和遠場 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DFT進行方向圖計算 465
15.5 平面陣列 470
15.5.1 矩形網格陣列 471
15.5.2 圓形網格陣列 472
15.5.3 同軸網格圓形陣列 478
15.5.4 帶圓形邊界的矩形網格陣列 479
15.5.5 六邊形網格陣列 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
習題 495
附錄15-A 第15章MATLAB程序清單 496
第16章 自適應信號處理 509
16.1 非自適應波束形成 509
16.2 使用最小均方的自適應信號處理 512
16.3 LMS自適應陣列處理 515
16.4 副瓣對消器（SLC） 522
16.5 空時自適應處理（STAP） 523
16.5.1 空時處理 523
16.5.2 空時自適應處理 526
習題 529
附錄16-A 第16章MATLAB程序清單 529
第17章 目標跟蹤 537
17.1 角度跟蹤 537
17.1.1 時序波瓣法 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系統的狀態變量表示法 550
17.7 感興趣的LTI系統 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??? 濾波器的關系 570
17.10 MATLAB卡爾曼濾波模擬 573
習題 579
附錄17-A 第17章MATLAB程序清單 581
第18章 戰術合成孔徑雷達（TSAR） 588
18.1 引言 588
18.1.1 側視SAR的幾何關系 588
18.2 SAR設計上的考慮 590
18.3 SAR雷達方程 594
18.4 SAR信號處理 595
18.5 側視SAR多普勒處理 595
18.6 利用多普勒處理進行SAR成像 598
18.7 距離移動 599
18.8 三維SAR成像技術 599
18.8.1 背景 600
18.8.2 DFTSQM操作與信號處理 600
18.8.3 DFTSQM SAR圖像的幾何關系 603
18.8.4 斜距方程 604
18.8.5 信號合成 606
18.8.6 電子處理 607
18.8.7 方程（18.71）的推導 608
18.8.8 第k個距離單元的非零泰勒級數系數 610
習題 611
附錄18-A 第18章MATLAB程序清單 612
參考文獻 614