脉冲多普勒雷达 原理、技术与应用PDF电子书下载

第一部分 基本概念 2

第1章 脉冲多普勒雷达出现的历史原因 2

第2章 雷达的探测性能 5

2.1 在噪声条件下的雷达方程 5

2.1.1 基本雷达方程的推导 5

2.1.2 损耗 6

2.2 在噪声条件下的检测 7

2.2.1 门限检测 7

2.2.2 累积检测概率 10

2.3 最小可检测信号，S min 10

2.3.1 热噪声 10

2.3.2 噪声系数 11

2.3.3 最小输入信号 12

2.4 脉冲积累带来的处理增益 12

2.4.1 早期雷达的积累 12

2.4.2 相参积累和非相参积累 12

2.4.3 积累增益的量化分析 13

2.4.4 雷达方程中的积累改善 15

2.5 雷达截面积 16

2.5.1 定义 16

2.5.2 决定RCS的因素 17

2.5.3 闪烁效应 17

2.5.4 雷达截面积起伏的Swerling模型 18

2.5.5 目标起伏下需要的信噪比 19

第3章 脉冲雷达 21

3.1 脉冲参数简介 21

3.1.1 脉冲重复频率 21

3.2 峰值功率和平均功率 21

3.3 脉冲时延测距 22

3.3.1 距离是对时延的测量 22

3.3.2 最小作用距离 22

3.3.3 遮蔽效应 23

3.3.4 距离选通 23

3.4 低重频雷达 24

3.4.1 距离模糊 24

3.4.2 低重频的界定 25

3.5 脉冲雷达的频谱 25

3.5.1 脉冲调制载波的频谱 25

3.5.2 频谱控制 26

3.5.3 相位谱和相位相参性 26

3.6 匹配接收 26

3.6.1 匹配接收理论 27

3.6.2 理想匹配滤波与实际匹配滤波 28

3.7 距离分辨率 30

3.7.1 距离分辨率恶化的因素 30

3.7.2 术语 31

3.8 测距精度 31

3.8.1 目标回波跨越距离单元 31

3.8.2 测距精度与信噪比 32

3.8.3 精度和分辨率 32

3.9 脉冲压缩 32

3.9.1 脉冲压缩的概念 32

3.9.2 脉冲压缩波形 32

3.9.3 脉冲压缩理论 33

3.9.4 脉冲压缩的实现 34

3.9.5 压缩比 34

3.9.6 距离副瓣 35

3.9.7 遮蔽效应对脉冲压缩的影响 35

3.9.8 多普勒频移的破坏作用 36

第4章 多普勒测量雷达 37

4.1 多普勒效应 37

4.1.1 多普勒频移 37

4.1.2 连续波雷达的多普勒频移 37

4.1.3 脉冲雷达的多普勒频移 37

4.1.4 相参处理周期 38

4.1.5 多普勒频移与发射频率的比例 39

4.2 多普勒分辨力 39

4.3 平台运动补偿 40

4.3.1 机载雷达的地面回波多普勒频移 40

4.3.2 以地面为参考的速度 40

4.4 多普勒盲区 41

4.4.1 空对空情况下的盲区 41

4.4.2 地对空情况下在过零点处的盲区 41

4.5 连续波雷达 42

4.5.1 测量多普勒频移的连续波系统 42

4.5.2 多普勒/速度分辨率 43

4.5.3 多普勒/速度选通 43

4.5.4 连续波雷达的限制 44

4.6 脉冲雷达的应用 45

4.6.1 基带波形 45

4.6.2 多普勒模糊 45

第5章 模糊函数 46

5.1 模糊图 46

5.1.1 常规脉冲信号的模糊图 47

5.1.2 线性调频脉冲信号的模糊图 47

5.1.3 13位二相巴克码脉冲信号的模糊图 48

5.1.4 低重频脉冲串的模糊图 50

5.2 峰值副瓣电平和积分副瓣电平 50

第6章 杂波 51

6.1 杂波的概念 51

6.2 后向散射系数 51

6.2.1 地形的后向散射 51

6.2.2 地表粗糙度 52

6.2.3 海面的后向散射 53

6.2.4 随入射余角变化的地面后向散射 53

6.2.5 随入射余角变化的海面后向散射 54

6.3 杂波的统计模型 56

6.3.1 高斯（瑞利）杂波 56

6.3.2 莱斯杂波 56

6.3.3 对数正态杂波 59

6.3.4 韦布尔杂波 60

6.3.5 K分布杂波模型 61

6.3.6 累积概率密度函数 61

6.4 机载雷达的杂波 62

6.4.1 机载情景下的杂波 62

6.4.2 杂波在距离域和速度域上的扩展 63

6.4.3 理想杂波图 64

6.4.4 主瓣杂波的频谱扩展 65

6.5 杂波去相关 67

6.5.1 杂波的时域去相关 67

6.5.2 使用频率捷变实现杂波去相关 68

6.6 低重频雷达对杂波的响应 68

6.6.1 低重频雷达在距离域对杂波的响应 68

6.6.2 低重频雷达在速度域对杂波的响应 69

6.6.3 动目标显示雷达的杂波抑制 70

6.7 在杂波条件下的探测距离 70

6.7.1 受距离分辨率影响的情况 70

6.7.2 受波束宽度影响的情况 71

6.8 地（海）基雷达的杂波 72

6.9 空域杂波 73

第7章 脉冲多普勒处理 75

7.1 处理链路 75

7.2 MTI对主瓣杂波的抑制 75

7.2.1 基带信号 76

7.2.2 单延迟线对消器 77

7.2.3 双延迟线对消器 81

7.2.4 多延迟线对消器 82

7.2.5 三脉冲对消器 83

7.2.6 横向滤波器 83

7.2.7 数字MTI对消 85

7.2.8 MTI性能的量化分析 86

7.3 FFT处理 88

7.3.1 DFT的直观性分析 89

7.3.2 DFT的解析性分析 91

7.3.3 快速傅里叶变换 93

7.3.4 加窗的离散傅里叶变换 98

7.3.5 FFT处理损失 99

7.3.6 补零与DFT点数 100

7.4 恒虚警率检测 100

7.4.1 固定门限检测的局限 100

7.4.2 恒虚警率的概念 101

7.4.3 CFAR的处理损失 102

7.4.4 单元平均CFAR（CACFAR） 102

7.4.5 最大值CFAR 106

7.4.6 两参数CFAR 106

7.4.7 排序统计恒虚警处理（OSCFAR） 107

7.4.8 杂波图 107

7.4.9 二进制积累器 109

7.4.10 混合方法 110

第8章 雷达的硬件 111

8.1 引言 111

8.2 雷达的发射机 111

8.2.1 信号相参的必要性 112

8.2.2 近载频噪声 113

8.2.3 磁控管 121

8.2.4 速调管 125

8.2.5 行波管 127

8.2.6 大功率真空管的比较 129

8.2.7 固态振荡器 129

8.2.8 硅双极晶体管 129

8.2.9 砷化镓场效应晶体管 129

8.2.10 异质结双极晶体管（HBT） 130

8.2.11 高电子迁移率场效应晶体管（HEMT） 130

8.2.12 碰撞电离雪崩渡越时间二极管 130

8.2.13 耿氏二极管 131

8.2.14 小结 131

8.3 频率合成器 131

8.3.1 直接数字频率合成器 132

8.3.2 直接模拟频率合成器 133

8.3.3 间接频率合成器（锁相环） 134

8.4 雷达接收机 137

8.4.1 超外差式接收机 137

8.4.2 接收机的噪声系数 145

8.5 雷达的孔径天线和阵列天线 151

8.5.1 基本概念 151

8.5.2 雷达孔径天线 155

8.5.3 阵列天线 157

8.5.4 有源电子扫描阵列天线 160

参考文献 165

第二部分 上篇：高重频脉冲多普勒雷达 168

第9章 高重频脉冲多普勒雷达 168

9.1 简介 168

9.1.1 关于低重频问题的回顾 168

9.1.2 高重频脉冲多普勒系统概述 169

9.2 脉冲重复频率的选择 169

9.2.1 多普勒频带 169

9.2.2 多普勒（速度）模糊 171

9.2.3 最大不模糊速度 172

9.2.4 高重频的定义 172

9.2.5 高重频/低重频面临的难题 172

9.2.6 高重频模糊图 173

9.2.7 多普勒频带的偏移 173

9.2.8 载波频率的影响 174

9.3 高重频的时域特性 176

9.3.1 占空比 176

9.3.2 遮蔽损耗和距离盲区 176

9.3.3 高重频下的测距 179

9.3.4 使用距离选通的高重频模式 179

9.3.5 调频测距 180

9.3.6 其他高重频测距技术 180

9.4 高重频雷达对杂波的响应 181

9.4.1 多普勒域的杂波分布 181

9.4.2 距离域的杂波分布 184

9.4.3 杂波在距离域和多普勒域的二维分布 185

9.5 地（海）基高重频雷达 188

9.6 高重频特性的总结 190

第10章 高重频模式下的调频测距 192

10.1 连续波系统的调频测距 192

10.1.1 线性调频测距 192

10.1.2 步进频连续波 193

10.1.3 两段线性调频测距 194

10.1.4 空间填充 196

10.1.5 目标具有多普勒频移时的两段线性调频测距 197

10.1.6 调制参数的选择 198

10.1.7 连续波系统存在的问题 201

10.2 脉冲系统的调频测距 201

10.2.1 三段调频中断连续波技术 201

10.2.2 正弦波调频测距 204

参考文献 208

第二部分 下篇：中重频脉冲多普勒雷达 210

第11章 中重频雷达导论 210

11.1 基本概念 210

11.1.1 关于模糊的释义 210

11.1.2 多相参处理周期的使用 210

11.1.3 检测准则 211

11.1.4 为什么使用中重频 211

11.2 模糊问题 212

11.2.1 最大不模糊距离和最大不模糊速度 212

11.2.2 关注的距离和速度空间 213

11.2.3 中重频的模糊图 213

11.2.4 距离模糊和速度模糊 213

11.3 中重频雷达对地表杂波的响应 215

11.3.1 杂波在多普勒域的分布 215

11.3.2 杂波在距离域的分布 216

11.3.3 杂波在距离域和多普勒域的二维分布 218

11.4 中重频雷达的盲区 221

11.5 脉冲重复频率组 223

第12章 影响重频选择的因素 225

12.1 解模糊能力 225

12.1.1 引言 225

12.1.2 解模糊约束 226

12.1.3 解模糊空间 226

12.1.4 采用2-重频组和3-重频组时的解模糊——解模糊余量 227

12.1.5 重合算法 230

12.1.6 中国余数定理法 232

12.2 盲区 234

12.2.1 盲区图 234

12.2.2 盲速 237

12.2.3 盲区余量 237

12.3 脉冲重复频率的界限 240

12.3.1 脉冲重复频率的上限 240

12.3.2 脉冲重复频率的下限 241

12.3.3 平均脉冲重复频率 242

12.4 虚影问题 243

12.4.1 引言 243

12.4.2 多个目标的互相关 244

12.4.3 噪声引起的虚影 247

12.4.4 目标响应延伸引起的虚影 247

12.4.5 使用天际线图描述解模糊余量 249

12.4.6 最小化虚影发生率的重频选择 251

12.4.7 虚影的轨迹 253

12.4.8 引起虚影问题的几种情形 253

12.5 解决虚影问题的其他方法 254

12.5.1 引言 254

12.5.2 同时使用距离相关和速度相关来应对虚影问题 254

12.5.3 使用极大似然法的目标聚类与提取算法 255

12.5.4 利用目标提取算法应对虚影问题 256

12.5.5 基于非相参积累的目标提取算法 258

12.5.6 利用目标数据一致性应对虚影问题 258

12.5.7 使用多重频组对虚影轨迹去相关 259

12.5.8 关于虚影问题的小结 260

第13章 中重频组的设计 262

13.1 M和N的选择 262

13.1.1 引言 262

13.1.2 M的选择 262

13.1.3 N的选择 263

13.2 重频组的比较 265

13.2.1 引言 265

13.2.2 解模糊能力 265

13.2.3 盲区 266

13.2.4 虚影问题 270

13.2.5 杂波条件下和噪声条件下的情况比较 271

13.3 其他的波形设计问题 272

13.3.1 对单目标跟踪雷达的影响 272

13.3.2 频率捷变 273

第14章 探测性能 276

14.1 在噪声条件下的目标检测 276

14.1.1 经典检测理论 276

14.1.2 盲区的影响 276

14.1.3 目标闪烁的影响 279

14.1.4 累积检测概率 280

14.1.5 目标提取算法的影响 280

14.1.6 最优占空比 281

14.2 在杂波条件下的目标检测 283

14.2.1 引言 283

14.2.2 恒虚警率的优化设计 283

14.2.3 探测能力图 286

14.2.4 针对杂波统计特征的优化 287

14.2.5 孔径照射函数 288

第15章 重频选择的方法 290

15.1 对脉冲重复频率选择要求的简单回顾 290

15.2 最大化可见度的重频选择 290

15.3 脉冲重复频率的主副选择法 291

15.4 脉冲重复频率的M：N选择法 294

15.5 穷举搜索 295

15.6 使用神经网络的重频选择法 297

15.7 使用进化算法选择脉冲重复频率 297

15.7.1 进化算法简介 297

15.7.2 以最小化盲区为目标的基于进化算法的重频选择 299

15.7.3 以最优化目标探测能力为目标的基于进化算法的重频选择 301

15.7.4 基于多目标进化算法的重频选择 302

15.8 小结 304

参考文献 305

第三部分 案例分析 310

第16章 机载火控雷达 310

16.1 引言 310

16.2 情景设定 310

16.2.1 应用 310

16.2.2 技术 311

16.2.3 一些共同特征 312

16.3 中重频模式 313

16.3.1 典型雷达参数 314

16.3.2 抗盲区性能 314

16.3.3 解模糊余量 315

第17章 机载预警雷达 316

17.1 引言 316

17.1.1 最大视线距离 316

17.1.2 机载预警系统的设计难题 316

17.1.3 机载预警雷达的一般技术要求 317

17.1.4 机载预警雷达实例 317

17.2 用于舰队防护的机载预警雷达 318

17.3 用于远程空中监视的机载预警雷达 319

第18章 弹载主动雷达导引头 320

18.1 引言 320

18.2 雷达导引头在导弹中的应用 320

18.2.1 中程空对空半主动寻的 320

18.2.2 中程空对空主动寻的 322

18.2.3 反舰导弹 322

18.2.4 空中发射的反装甲导弹 322

18.2.5 地空导弹系统 323

18.2.6 炮射反装甲弹药 323

18.3 作为子系统的雷达导引头 324

18.3.1 制导机制 324

18.3.2 战斗部 325

18.3.3 导弹的尺寸和形状 326

18.4 假想空对空主动雷达导引头的参数 327

18.4.1 需求概述 327

18.4.2 导引头参数 327

18.4.3 解模糊 327

18.4.4 距离走动 328

第19章 陆基防空雷达 329

19.1 引言 329

19.2 机载和陆基脉冲多普勒雷达杂波特征的差异 329

19.3 三坐标雷达 330

19.3.1 获取三坐标目标数据中的问题 330

19.3.2 堆积波束法 331

19.3.3 余割平方辐射方向图 331

19.4 假想近程陆基对空监视雷达的参数 333

19.4.1 引言 333

19.4.2 目标探测 333

19.4.3 威胁评估 333

19.4.4 雷达参数 333

参考文献 335

结束语 336

附录 337