雷达系统分析与设计（MATLAB版 第三版）

目 录
第一部分 雷达原理
第1章 定义和术语 2
1．1　雷达系统的分类和波段 2
1．2 脉冲和连续波（CW）雷达 6
1．3 距离 7
1．4 距离分辨率 9
1．5 多普勒频率 11
1．6 相干性 17
1．7 分贝的算法 18
习题 19
附录1-A 第1章MATLAB程序清单 20
第2章 基本脉冲和连续波（CW）雷达操作 22
2．1 雷达距离方程 22
2．2 低PRF雷达方程 26
2．3 高PRF雷达方程 28
2．4 监视雷达方程 30
2．5 带干扰的雷达方程 34
2．5．1 自屏蔽干扰器（SSJ） 35
2．5．2 烧穿距离 38
2．5．3 远距离干扰器（SOJ） 40
2．6 距离缩减因子 42
2．7 双基地雷达方程 42
2．8 雷达损耗 44
2．8．1 发射和接收损耗 44
2．8．2 天线方向图损耗和扫描损耗 44
2．8．3 大气损耗 45
2．8．4 折叠损耗 45
2．8．5 处理损耗 46
2．9 噪声系数 48
2．10 连续波雷达 51
2．10．1 连续波雷达方程 52
2．10．2 频率调制 53
2．10．3 线性调频（LFM）连续波雷达 57
2．10．4 多频连续波雷达 59
2．11 MATLAB函数“range_calc．m” 60
习题 61
附录2-A 第2章MATLAB程序清单 65
第二部分 雷达信号与信号处理
第3章 线性系统与复信号表示法 78
3．1 信号分类 78
3．2 傅里叶变换 79
3．3 系统分类 79
3．3．1 线性与非线性系统 80
3．3．2 时不变与时变系统 80
3．3．3 稳定与非稳定系统 80
3．3．4 因果与非因果系统 81
3．4 用傅里叶级数的信号表示法 81
3．5 卷积与相关积分 83
3．5．1 能量与功率谱密度 84
3．6 带通信号 87
3．6．1 解析信号（前置包络） 87
3．6．2 带通信号的前置包络与复包络 88
3．7 一些常规雷达信号的频谱 90
3．7．1 连续波信号 90
3．7．2 有限持续时间脉冲信号 91
3．7．3 周期脉冲信号 92
3．7．4 有限持续时间脉冲串信号 93
3．7．5 线性调频（LFM）信号 94
3．8 信号带宽与持续时间 98
3．8．1 有效带宽与持续时间计算 99
3．9 离散时间系统与信号 102
3．9．1 采样定理 102
3．9．2 Z变换 105
3．9．3 离散傅里叶变换 106
3．9．4 离散功率谱 106
3．9．5 加窗技术 108
3．9．6 抽取与插值 111
习题 112
附录3-A 第3章MATLAB程序清单 114
附录3-B 傅里叶变换对 118
附录3-C Z变换对 119
第4章 匹配滤波器雷达接收机 120
4．1 匹配滤波器信噪比 120
4．1．1 白噪声情况 122
4．1．2 副本 123
4．2 匹配滤波器输出通式 124
4．2．1 静止目标情况 124
4．2．2 运动目标情况 125
4．3 波形分辨率和模糊 127
4．3．1 距离分辨率 127
4．3．2 多普勒分辨率 129
4．3．3 复合距离与多普勒分辨率 130
4．4 距离与多普勒不定 131
4．4．1 距离不定 131
4．4．2 多普勒不定 133
4．4．3 距离-多普勒耦合 134
4．4．4 LFM信号的距离-多普勒耦合 137
4．5 目标参数估计 138
4．5．1 何为估计函数 138
4．5．2 幅度估计 139
4．5．3 相位估计 139
习题 140
第5章 模糊函数―模拟波形 142
5．1 引言 142
5．2 模糊函数的例子 143
5．2．1 单个脉冲模糊函数 143
5．2．2 LFM模糊函数 145
5．2．3 相干脉冲串模糊函数 149
5．2．4 LFM脉冲串的模糊函数 152
5．3 步进频率波形 155
5．4 非线性调频 157
5．4．1 静态相位的概念 157
5．4．2 频率调制波形的频谱赋形 161
5．5 模糊图等值线 162
5．6 LFM信号的距离-多普勒耦合的解释 163
习题 164
附录5-A 第5章MATLAB程序清单 165
第6章 模糊函数―离散编码波形 171
6．1 离散编码信号表示 171
6．2 脉冲串编码 172
6．3 相位编码 176
6．3．1 二进制相位编码 176
6．3．2 多相编码 189
6．4 频率编码 191
6．4．1 Costas码 191
6．5 离散编码的模糊图 193
习题 194
附录6-A 第6章MATLAB程序清单 194
第7章 脉冲压缩 199
7．1 时间-带宽积 199
7．2 脉冲压缩的雷达方程 200
7．3 脉冲压缩的基本原理 200
7．4 相关处理器 202
7．5 扩展处理器 207
7．5．1 LFM 脉冲信号 208
7．5．2 步进频率波形 213
7．5．3 目标速度的影响 219
习题 220
附录7-A 第7章MATLAB程序清单 221
第三部分 雷达系统的特殊考虑
第8章 雷达波的传播 228
8．1 地球对雷达方程的影响 228
8．2 地球大气层 228
8．3 大气模型 230
8．3．1 对流层中的折射率 230
8．3．2 电离层中的折射率 232
8．3．3 计算折射率的数学模型 233
8．3．4 分层大气折射模型 234
8．4 三分之四地球模型 238
8．4．1 目标高度方程 238
8．5 地面反射 239
8．5．1 平滑表面反射系数 239
8．5．2 发散 243
8．5．3 粗糙表面反射 244
8．5．4 总反射系数 245
8．6 方向图传播因子 246
8．6．1 平坦地表 248
8．6．2 球形地球 249
8．7 衍射 253
8．8 大气衰减 256
8．8．1 大气吸收 257
8．8．2 大气衰减图 259
8．9 降水导致的衰减 262
习题 264
附录8-A 第8章MATLAB程序清单 265
第9章 雷达杂波 280
9．1 杂波的定义 280
9．2 表面杂波 280
9．2．1 区域杂波的雷达方程―机载雷达 282
9．3 体杂波 283
9．3．1 体杂波的雷达方程 285
9．4 表面杂波RCS 286
9．4．1 单脉冲低PRF情况 286
9．4．2 高PRF的情况 291
9．5 杂波元素 293
9．6 杂波后向散射系数统计模型 294
9．6．1 表面杂波的情况 294
9．6．2 体杂波情况 296
习题 297
附录9-A 第9章MATLAB程序清单 297
第10章 动目标显示（MTI）和脉冲多普勒雷达 302
10．1 杂波功率谱密度 302
10．2 动目标显示（MTI）的概念 302
10．2．1 单延迟线对消器 304
10．2．2 双延迟线对消器 305
10．2．3 带有反馈回路（递归滤波器）的延迟线 307
10．3 PRF参差 308
10．4 MTI改善因子 311
10．4．1 2脉冲MTI形式 312
10．4．2 通用形式 313
10．5 杂波下的可见度（SCV） 314
10．6 有最佳权重的延迟线对消器 314
10．7 脉冲多普勒雷达 316
10．7．1 脉冲多普勒雷达信号处理 319
10．7．2 解距离模糊 320
10．7．3 解多普勒模糊包络 322
10．8 相位噪声 325
习题 329
附录10-A 第10章MATLAB程序清单 331
第四部分 雷达检测
第11章 随机变量和随机过程 337
11．1 随机变量 337
11．2 多元高斯随机向量 339
11．2．1 复数多元高斯随机向量 342
11．3 瑞利随机变量 342
11．4 卡方随机变量 343
11．4．1 自由度为N的中心卡方随机变量 343
11．4．2 自由度为N的非中心卡方随机变量 344
11．5 随机过程 345
11．6 高斯随机过程 346
11．6．1 低通高斯随机变量 346
11．6．2 带通高斯随机过程 347
11．6．3 带通高斯过程的包络 348
习题 349
第12章 单脉冲检测 351
12．1 参数已知的单脉冲 351
12．2 幅度已知、相位未知的单脉冲 354
12．2．1 虚警概率 357
12．2．2 检测概率 358
习题 360
附录12-A 第12章MATLAB程序清单 361
第13章 波动目标检测 364
13．1 引言 364
13．2 脉冲积累 364
13．2．1 相干积累 365
13．2．2 非相干积累 366
13．2．3 改善因子和积累损耗 366
13．3 目标起伏：目标χ2族 367
13．4 平方律检波器的虚警概率公式 368
13．4．1 平方律检测 371
13．5 探测概率的计算 372
13．5．1 Swerling 0（Swerling V）目标的探测 372
13．5．2 Swerling I目标的探测 374
13．5．3 Swerling II目标的探测 375
13．5．4 Swerling III目标的探测 376
13．5．5 Swerling IV目标的探测 378
13．6 起伏损耗的计算 380
13．7 累积探测概率 381
13．8 恒虚警率（CFAR） 383
13．8．1 单元-平均CFAR（单个脉冲） 384
13．8．2 采用非相干积累的单元-平均CFAR 385
13．9 MN检测 386
13．10 雷达方程回顾 387
习题 388
附录13-A 不完全伽马函数 390
附录13-B 第13章MATLAB程序清单 392
第五部分 关于雷达的一些特殊主题
第14章 雷达截面积（RCS） 407
14．1 RCS定义 407
14．2 RCS和姿态角及频率的依赖关系 408
14．3 RCS与极化的依赖关系 411
14．3．1 归一化电场 411
14．3．2 极化 411
14．3．3 目标散射矩阵 413
14．4 简单物体的RCS 415
14．4．1 球 415
14．4．2 椭球 417
14．4．3 圆形平板 419
14．4．4 截锥体（平截体） 420
14．4．5 圆柱体 423
14．4．6 矩形平板 425
14．4．7 三角形平板 428
14．5 复杂目标的RCS 429
14．6 RCS预测方法 430
14．6．1 计算电磁学 431
14．6．2 有限微分时间域方法 431
14．6．3 有限元方法 433
14．6．4 积分方程 434
14．6．5 几何光学 435
14．6．6 物理光学 435
14．6．7 边缘衍射 437
14．7 多次反射 437
习题 438
附录14-A 第14章MATLAB程序清单 439
第15章 相控阵天线 456
15．1 方向性、功率增益和有效孔径 456
15．2 近场和远场 457
15．3 通用阵列 458
15．4 线性阵列天线 460
15．4．1 阵列锥削 463
15．4．2 通过DFT进行方向图计算 465
15．5 平面阵列 470
15．5．1 矩形网格阵列 471
15．5．2 圆形网格阵列 472
15．5．3 同轴网格圆形阵列 478
15．5．4 带圆形边界的矩形网格阵列 479
15．5．5 六边形网格阵列 479
15．6 阵列天线扫描损失 490
15．7 多输入多输出（MIMO）―线性阵列 492
习题 495
附录15-A 第15章MATLAB程序清单 496
第16章 自适应信号处理 509
16．1 非自适应波束形成 509
16．2 使用最小均方的自适应信号处理 512
16．3 LMS自适应阵列处理 515
16．4 副瓣对消器（SLC） 522
16．5 空时自适应处理（STAP） 523
16．5．1 空时处理 523
16．5．2 空时自适应处理 526
习题 529
附录16-A 第16章MATLAB程序清单 529
第17章 目标跟踪 537
17．1 角度跟踪 537
17．1．1 时序波瓣法 537
17．1．2 圆锥扫描 538
17．2 幅度比较单脉冲 541
17．3 相位比较单脉冲 546
17．4 距离跟踪 548
17．5 边搜索边跟踪（TWS） 549
17．6 LTI系统的状态变量表示法 550
17．7 感兴趣的LTI系统 553
17．8 固定增益跟踪滤波器 554
17．8．1 ?? 滤波器 556
17．8．2 ????滤波器 559
17．9 卡尔曼滤波器 567
17．9．1 Singer ???-卡尔曼滤波器 568
17．9．2 卡尔曼滤波器和??? 滤波器的关系 570
17．10 MATLAB卡尔曼滤波仿真 573
习题 579
附录17-A 第17章MATLAB程序清单 581
第18章 战术合成孔径雷达（TSAR） 588
18．1 引言 588
18．1．1 侧视SAR的几何关系 588
18．2 SAR设计上的考虑 590
18．3 SAR雷达方程 594
18．4 SAR信号处理 595
18．5 侧视SAR多普勒处理 595
18．6 利用多普勒处理进行SAR成像 598
18．7 距离移动 599
18．8 三维SAR成像技术 599
18．8．1 背景 600
18．8．2 DFTSQM操作与信号处理 600
18．8．3 DFTSQM SAR图像的几何关系 603
18．8．4 斜距方程 604
18．8．5 信号合成 606
18．8．6 电子处理 607
18．8．7 方程（18．71）的推导 608
18．8．8 第k个距离单元的非零泰勒级数系数 610
习题 611
附录18-A 第18章MATLAB程序清单 612
参考文献 614