脉冲多普勒雷达：原理、技术与应用

目 录第一部分 基 本 概 念第1章 脉冲多普勒雷达出现的历史原因第2章 雷达的探测性能2.1 在噪声条件下的雷达方程2.1.1 基本雷达方程的推导2.1.2 损耗2.2 在噪声条件下的检测2.2.1 门限检测2.2.2 累积检测概率2.3 最小可检测信号， Smin2.3.1 热噪声2.3.2 噪声系数2.3.3 最小输入信号2.4 脉冲积累带来的处理增益2.4.1 早期雷达的积累2.4.2 相参积累和非相参积累2.4.3 积累增益的量化分析2.4.4 雷达方程中的积累改善2.5 雷达截面积2.5.1 定义2.5.2 决定RCS的因素2.5.3 闪烁效应2.5.4 雷达截面积起伏的Swerling模型2.5.5 目标起伏下需要的信噪比第3章 脉冲雷达3.1 脉冲参数简介3.1.1 脉冲重复频率3.2 峰值功率和平均功率3.3 脉冲时延测距3.3.1 距离是对时延的测量3.3.2 最小作用距离3.3.3 遮蔽效应3.3.4 距离选通3.4 低重频雷达3.4.1 距离模糊3.4.2 低重频的界定3.5 脉冲雷达的频谱3.5.1 脉冲调制载波的频谱3.5.2 频谱控制3.5.3 相位谱和相位相参性3.6 匹配接收3.6.1 匹配接收理论3.6.2 理想匹配滤波与实际匹配滤波3.7 距离分辨率3.7.1 距离分辨率恶化的因素3.7.2 术语3.8 测距精度3.8.1 目标回波跨越距离单元3.8.2 测距精度与信噪比3.8.3 精度和分辨率3.9 脉冲压缩3.9.1 脉冲压缩的概念3.9.2 脉冲压缩波形3.9.3 脉冲压缩理论3.9.4 脉冲压缩的实现3.9.5 压缩比3.9.6 距离副瓣3.9.7 遮蔽效应对脉冲压缩的影响3.9.8 多普勒频移的破坏作用第4章 多普勒测量雷达4.1 多普勒效应4.1.1 多普勒频移4.1.2 连续波雷达的多普勒频移4.1.3 脉冲雷达的多普勒频移4.1.4 相参处理周期4.1.5 多普勒频移与发射频率的比例4.2 多普勒分辨力4.3 平台运动补偿4.3.1 机载雷达的地面回波多普勒频移4.3.2 以地面为参考的速度4.4 多普勒盲区4.4.1 空对空情况下的盲区4.4.2 地对空情况下在过零点处的盲区4.5 连续波雷达4.5.1 测量多普勒频移的连续波系统4.5.2 多普勒/速度分辨率4.5.3 多普勒/速度选通4.5.4 连续波雷达的限制4.6 脉冲雷达的应用4.6.1 基带波形4.6.2 多普勒模糊第5章 模糊函数5.1 模糊图5.1.1 常规脉冲信号的模糊图5.1.2 线性调频脉冲信号的模糊图5.1.3 13位二相巴克码脉冲信号的模糊图5.1.4 低重频脉冲串的模糊图5.2 峰值副瓣电平和积分副瓣电平第6章 杂波6.1 杂波的概念6.2 后向散射系数6.2.1 地形的后向散射6.2.2 地表粗糙度6.2.3 海面的后向散射6.2.4 随入射余角变化的地面后向散射6.2.5 随入射余角变化的海面后向散射6.3 杂波的统计模型6.3.1 高斯(瑞利)杂波6.3.2 莱斯杂波6.3.3 对数正态杂波6.3.4 韦布尔杂波6.3.5 K分布杂波模型6.3.6 累积概率密度函数6.4 机载雷达的杂波6.4.1 机载情景下的杂波6.4.2 杂波在距离域和速度域上的扩展6.4.3 理想杂波图6.4.4 主瓣杂波的频谱扩展6.5 杂波去相关6.5.1 杂波的时域去相关6.5.2 使用频率捷变实现杂波去相关6.6 低重频雷达对杂波的响应6.6.1 低重频雷达在距离域对杂波的响应6.6.2 低重频雷达在速度域对杂波的响应6.6.3 动目标显示雷达的杂波抑制6.7 在杂波条件下的探测距离6.7.1 受距离分辨率影响的情况6.7.2 受波束宽度影响的情况6.8 地(海)基雷达的杂波6.9 空域杂波第7章 脉冲多普勒处理7.1 处理链路7.2 MTI对主瓣杂波的抑制7.2.1 基带信号7.2.2 单延迟线对消器7.2.3 双延迟线对消器7.2.4 多延迟线对消器7.2.5 三脉冲对消器7.2.6 横向滤波器7.2.7 数字MTI对消7.2.8 MTI性能的量化分析7.3 FFT处理7.3.1 DFT的直观性分析7.3.2 DFT的解析性分析7.3.3 快速傅里叶变换7.3.4 加窗的离散傅里叶变换7.3.5 FFT处理损失7.3.6 补零与DFT点数7.4 恒虚警率检测7.4.1 固定门限检测的局限7.4.2 恒虚警率的概念7.4.3 CFAR的处理损失7.4.4 单元平均CFAR(CACFAR)7.4.5 最大值CFAR7.4.6 两参数CFAR7.4.7 排序统计恒虚警处理(OSCFAR)7.4.8 杂波图7.4.9 二进制积累器7.4.10混合方法第8章 雷达的硬件8.1 引言8.2 雷达的发射机8.2.1 信号相参的必要性8.2.2 近载频噪声8.2.3 磁控管8.2.4 速调管8.2.5 行波管8.2.6 大功率真空管的比较8.2.7 固态振荡器8.2.8 硅双极晶体管8.2.9 砷化镓场效应晶体管8.2.10异质结双极晶体管(HBT)8.2.11高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)8.2.12碰撞电离雪崩渡越时间二极管8.2.13耿氏二极管8.2.14小结8.3 频率合成器8.3.1 直接数字频率合成器8.3.2 直接模拟频率合成器8.3.3 间接频率合成器(锁相环)8.4 雷达接收机8.4.1 超外差式接收机8.4.2 接收机的噪声系数8.5 雷达的孔径天线和阵列天线8.5.1 基本概念8.5.2 雷达孔径天线8.5.3 阵列天线8.5.4 有源电子扫描阵列天线参考文献第二部分 上篇： 高重频脉冲多普勒雷达第9章 高重频脉冲多普勒雷达9.1 简介9.1.1 关于低重频问题的回顾9.1.2 高重频脉冲多普勒系统概述9.2 脉冲重复频率的选择9.2.1 多普勒频带9.2.2 多普勒(速度)模糊9.2.3 最大不模糊速度9.2.4 高重频的定义9.2.5 高重频/低重频面临的难题9.2.6 高重频模糊图9.2.7 多普勒频带的偏移9.2.8 载波频率的影响9.3 高重频的时域特性9.3.1 占空比9.3.2 遮蔽损耗和距离盲区9.3.3 高重频下的测距9.3.4 使用距离选通的高重频模式9.3.5 调频测距9.3.6 其他高重频测距技术9.4 高重频雷达对杂波的响应9.4.1 多普勒域的杂波分布9.4.2 距离域的杂波分布9.4.3 杂波在距离域和多普勒域的二维分布9.5 地(海)基高重频雷达9.6 高重频特性的总结第10章 高重频模式下的调频测距10.1 连续波系统的调频测距10.1.1 线性调频测距10.1.2 步进频连续波10.1.3 两段线性调频测距10.1.4 空间填充10.1.5 目标具有多普勒频移时的两段线性调频测距10.1.6 调制参数的选择10.1.7 连续波系统存在的问题10.2 脉冲系统的调频测距10.2.1 三段调频中断连续波技术10.2.2 正弦波调频测距参考文献第二部分 下篇： 中重频脉冲多普勒雷达第11章 中重频雷达导论11.1 基本概念11.1.1 关于模糊的释义11.1.2 多相参处理周期的使用11.1.3 检测准则11.1.4 为什么使用中重频11.2 模糊问题11.2.1 最大不模糊距离和最大不模糊速度11.2.2 关注的距离和速度空间11.2.3 中重频的模糊图11.2.4 距离模糊和速度模糊11.3 中重频雷达对地表杂波的响应11.3.1 杂波在多普勒域的分布11.3.2 杂波在距离域的分布11.3.3 杂波在距离域和多普勒域的二维分布11.4 中重频雷达的盲区11.5 脉冲重复频率组第12章 影响重频选择的因素12.1 解模糊能力12.1.1 引言12.1.2 解模糊约束12.1.3 解模糊空间12.1.4 采用2重频组和3重频组时的解模糊——解模糊余量12.1.5 重合算法12.1.6 中国余数定理法12.2 盲区12.2.1 盲区图12.2.2 盲速12.2.3 盲区余量12.3 脉冲重复频率的界限12.3.1 脉冲重复频率的上限12.3.2 脉冲重复频率的下限12.3.3 平均脉冲重复频率12.4 虚影问题12.4.1 引言12.4.2 多个目标的互相关12.4.3 噪声引起的虚影12.4.4 目标响应延伸引起的虚影12.4.5 使用天际线图描述解模糊余量12.4.6 最小化虚影发生率的重频选择12.4.7 虚影的轨迹12.4.8 引起虚影问题的几种情形12.5 解决虚影问题的其他方法12.5.1 引言12.5.2 同时使用距离相关和速度相关来应对虚影问题12.5.3 使用极大似然法的目标聚类与提取算法12.5.4 利用目标提取算法应对虚影问题12.5.5 基于非相参积累的目标提取算法12.5.6 利用目标数据一致性应对虚影问题12.5.7 使用多重频组对虚影轨迹去相关12.5.8 关于虚影问题的小结第13章 中重频组的设计13.1 M和N的选择13.1.1 引言13.1.2 M的选择13.1.3 N的选择13.2 重频组的比较13.2.1 引言13.2.2 解模糊能力13.2.3 盲区13.2.4 虚影问题13.2.5 杂波条件下和噪声条件下的情况比较13.3 其他的波形设计问题13.3.1 对单目标跟踪雷达的影响13.3.2 频率捷变第14章 探测性能14.1 在噪声条件下的目标检测14.1.1 经典检测理论14.1.2 盲区的影响14.1.3 目标闪烁的影响14.1.4 累积检测概率14.1.5 目标提取算法的影响14.1.6 最优占空比14.2 在杂波条件下的目标检测14.2.1 引言14.2.2 恒虚警率的优化设计14.2.3 探测能力图14.2.4 针对杂波统计特征的优化14.2.5 孔径照射函数第15章 重频选择的方法15.1 对脉冲重复频率选择要求的简单回顾15.2 最大化可见度的重频选择15.3 脉冲重复频率的主副选择法15.4 脉冲重复频率的M