脈沖多普勒雷達：原理、技術與應用

目 錄第一部分 基 本 概 念第1章 脈沖多普勒雷達出現(xiàn)的歷史原因第2章 雷達的探測性能2.1 在噪聲條件下的雷達方程2.1.1 基本雷達方程的推導2.1.2 損耗2.2 在噪聲條件下的檢測2.2.1 門限檢測2.2.2 累積檢測概率2.3 最小可檢測信號， Smin2.3.1 熱噪聲2.3.2 噪聲系數(shù)2.3.3 最小輸入信號2.4 脈沖積累帶來的處理增益2.4.1 早期雷達的積累2.4.2 相參積累和非相參積累2.4.3 積累增益的量化分析2.4.4 雷達方程中的積累改善2.5 雷達截面積2.5.1 定義2.5.2 決定RCS的因素2.5.3 閃爍效應2.5.4 雷達截面積起伏的Swerling模型2.5.5 目標起伏下需要的信噪比第3章 脈沖雷達3.1 脈沖參數(shù)簡介3.1.1 脈沖重復頻率3.2 峰值功率和平均功率3.3 脈沖時延測距3.3.1 距離是對時延的測量3.3.2 最小作用距離3.3.3 遮蔽效應3.3.4 距離選通3.4 低重頻雷達3.4.1 距離模糊3.4.2 低重頻的界定3.5 脈沖雷達的頻譜3.5.1 脈沖調制載波的頻譜3.5.2 頻譜控制3.5.3 相位譜和相位相參性3.6 匹配接收3.6.1 匹配接收理論3.6.2 理想匹配濾波與實際匹配濾波3.7 距離分辨率3.7.1 距離分辨率惡化的因素3.7.2 術語3.8 測距精度3.8.1 目標回波跨越距離單元3.8.2 測距精度與信噪比3.8.3 精度和分辨率3.9 脈沖壓縮3.9.1 脈沖壓縮的概念3.9.2 脈沖壓縮波形3.9.3 脈沖壓縮理論3.9.4 脈沖壓縮的實現(xiàn)3.9.5 壓縮比3.9.6 距離副瓣3.9.7 遮蔽效應對脈沖壓縮的影響3.9.8 多普勒頻移的破壞作用第4章 多普勒測量雷達4.1 多普勒效應4.1.1 多普勒頻移4.1.2 連續(xù)波雷達的多普勒頻移4.1.3 脈沖雷達的多普勒頻移4.1.4 相參處理周期4.1.5 多普勒頻移與發(fā)射頻率的比例4.2 多普勒分辨力4.3 平臺運動補償4.3.1 機載雷達的地面回波多普勒頻移4.3.2 以地面為參考的速度4.4 多普勒盲區(qū)4.4.1 空對空情況下的盲區(qū)4.4.2 地對空情況下在過零點處的盲區(qū)4.5 連續(xù)波雷達4.5.1 測量多普勒頻移的連續(xù)波系統(tǒng)4.5.2 多普勒/速度分辨率4.5.3 多普勒/速度選通4.5.4 連續(xù)波雷達的限制4.6 脈沖雷達的應用4.6.1 基帶波形4.6.2 多普勒模糊第5章 模糊函數(shù)5.1 模糊圖5.1.1 常規(guī)脈沖信號的模糊圖5.1.2 線性調頻脈沖信號的模糊圖5.1.3 13位二相巴克碼脈沖信號的模糊圖5.1.4 低重頻脈沖串的模糊圖5.2 峰值副瓣電平和積分副瓣電平第6章 雜波6.1 雜波的概念6.2 后向散射系數(shù)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 隨入射余角變化的地面后向散射6.2.5 隨入射余角變化的海面后向散射6.3 雜波的統(tǒng)計模型6.3.1 高斯(瑞利)雜波6.3.2 萊斯雜波6.3.3 對數(shù)正態(tài)雜波6.3.4 韋布爾雜波6.3.5 K分布雜波模型6.3.6 累積概率密度函數(shù)6.4 機載雷達的雜波6.4.1 機載情景下的雜波6.4.2 雜波在距離域和速度域上的擴展6.4.3 理想雜波圖6.4.4 主瓣雜波的頻譜擴展6.5 雜波去相關6.5.1 雜波的時域去相關6.5.2 使用頻率捷變實現(xiàn)雜波去相關6.6 低重頻雷達對雜波的響應6.6.1 低重頻雷達在距離域對雜波的響應6.6.2 低重頻雷達在速度域對雜波的響應6.6.3 動目標顯示雷達的雜波抑制6.7 在雜波條件下的探測距離6.7.1 受距離分辨率影響的情況6.7.2 受波束寬度影響的情況6.8 地(海)基雷達的雜波6.9 空域雜波第7章 脈沖多普勒處理7.1 處理鏈路7.2 MTI對主瓣雜波的抑制7.2.1 基帶信號7.2.2 單延遲線對消器7.2.3 雙延遲線對消器7.2.4 多延遲線對消器7.2.5 三脈沖對消器7.2.6 橫向濾波器7.2.7 數(shù)字MTI對消7.2.8 MTI性能的量化分析7.3 FFT處理7.3.1 DFT的直觀性分析7.3.2 DFT的解析性分析7.3.3 快速傅里葉變換7.3.4 加窗的離散傅里葉變換7.3.5 FFT處理損失7.3.6 補零與DFT點數(shù)7.4 恒虛警率檢測7.4.1 固定門限檢測的局限7.4.2 恒虛警率的概念7.4.3 CFAR的處理損失7.4.4 單元平均CFAR(CACFAR)7.4.5 最大值CFAR7.4.6 兩參數(shù)CFAR7.4.7 排序統(tǒng)計恒虛警處理(OSCFAR)7.4.8 雜波圖7.4.9 二進制積累器7.4.10混合方法第8章 雷達的硬件8.1 引言8.2 雷達的發(fā)射機8.2.1 信號相參的必要性8.2.2 近載頻噪聲8.2.3 磁控管8.2.4 速調管8.2.5 行波管8.2.6 大功率真空管的比較8.2.7 固態(tài)振蕩器8.2.8 硅雙極晶體管8.2.9 砷化鎵場效應晶體管8.2.10異質結雙極晶體管(HBT)8.2.11高電子遷移率場效應晶體管(HEMT)8.2.12碰撞電離雪崩渡越時間二極管8.2.13耿氏二極管8.2.14小結8.3 頻率合成器8.3.1 直接數(shù)字頻率合成器8.3.2 直接模擬頻率合成器8.3.3 間接頻率合成器(鎖相環(huán))8.4 雷達接收機8.4.1 超外差式接收機8.4.2 接收機的噪聲系數(shù)8.5 雷達的孔徑天線和陣列天線8.5.1 基本概念8.5.2 雷達孔徑天線8.5.3 陣列天線8.5.4 有源電子掃描陣列天線參考文獻第二部分 上篇： 高重頻脈沖多普勒雷達第9章 高重頻脈沖多普勒雷達9.1 簡介9.1.1 關于低重頻問題的回顧9.1.2 高重頻脈沖多普勒系統(tǒng)概述9.2 脈沖重復頻率的選擇9.2.1 多普勒頻帶9.2.2 多普勒(速度)模糊9.2.3 最大不模糊速度9.2.4 高重頻的定義9.2.5 高重頻/低重頻面臨的難題9.2.6 高重頻模糊圖9.2.7 多普勒頻帶的偏移9.2.8 載波頻率的影響9.3 高重頻的時域特性9.3.1 占空比9.3.2 遮蔽損耗和距離盲區(qū)9.3.3 高重頻下的測距9.3.4 使用距離選通的高重頻模式9.3.5 調頻測距9.3.6 其他高重頻測距技術9.4 高重頻雷達對雜波的響應9.4.1 多普勒域的雜波分布9.4.2 距離域的雜波分布9.4.3 雜波在距離域和多普勒域的二維分布9.5 地(海)基高重頻雷達9.6 高重頻特性的總結第10章 高重頻模式下的調頻測距10.1 連續(xù)波系統(tǒng)的調頻測距10.1.1 線性調頻測距10.1.2 步進頻連續(xù)波10.1.3 兩段線性調頻測距10.1.4 空間填充10.1.5 目標具有多普勒頻移時的兩段線性調頻測距10.1.6 調制參數(shù)的選擇10.1.7 連續(xù)波系統(tǒng)存在的問題10.2 脈沖系統(tǒng)的調頻測距10.2.1 三段調頻中斷連續(xù)波技術10.2.2 正弦波調頻測距參考文獻第二部分 下篇： 中重頻脈沖多普勒雷達第11章 中重頻雷達導論11.1 基本概念11.1.1 關于模糊的釋義11.1.2 多相參處理周期的使用11.1.3 檢測準則11.1.4 為什么使用中重頻11.2 模糊問題11.2.1 最大不模糊距離和最大不模糊速度11.2.2 關注的距離和速度空間11.2.3 中重頻的模糊圖11.2.4 距離模糊和速度模糊11.3 中重頻雷達對地表雜波的響應11.3.1 雜波在多普勒域的分布11.3.2 雜波在距離域的分布11.3.3 雜波在距離域和多普勒域的二維分布11.4 中重頻雷達的盲區(qū)11.5 脈沖重復頻率組第12章 影響重頻選擇的因素12.1 解模糊能力12.1.1 引言12.1.2 解模糊約束12.1.3 解模糊空間12.1.4 采用2重頻組和3重頻組時的解模糊——解模糊余量12.1.5 重合算法12.1.6 中國余數(shù)定理法12.2 盲區(qū)12.2.1 盲區(qū)圖12.2.2 盲速12.2.3 盲區(qū)余量12.3 脈沖重復頻率的界限12.3.1 脈沖重復頻率的上限12.3.2 脈沖重復頻率的下限12.3.3 平均脈沖重復頻率12.4 虛影問題12.4.1 引言12.4.2 多個目標的互相關12.4.3 噪聲引起的虛影12.4.4 目標響應延伸引起的虛影12.4.5 使用天際線圖描述解模糊余量12.4.6 最小化虛影發(fā)生率的重頻選擇12.4.7 虛影的軌跡12.4.8 引起虛影問題的幾種情形12.5 解決虛影問題的其他方法12.5.1 引言12.5.2 同時使用距離相關和速度相關來應對虛影問題12.5.3 使用極大似然法的目標聚類與提取算法12.5.4 利用目標提取算法應對虛影問題12.5.5 基于非相參積累的目標提取算法12.5.6 利用目標數(shù)據(jù)一致性應對虛影問題12.5.7 使用多重頻組對虛影軌跡去相關12.5.8 關于虛影問題的小結第13章 中重頻組的設計13.1 M和N的選擇13.1.1 引言13.1.2 M的選擇13.1.3 N的選擇13.2 重頻組的比較13.2.1 引言13.2.2 解模糊能力13.2.3 盲區(qū)13.2.4 虛影問題13.2.5 雜波條件下和噪聲條件下的情況比較13.3 其他的波形設計問題13.3.1 對單目標跟蹤雷達的影響13.3.2 頻率捷變第14章 探測性能14.1 在噪聲條件下的目標檢測14.1.1 經(jīng)典檢測理論14.1.2 盲區(qū)的影響14.1.3 目標閃爍的影響14.1.4 累積檢測概率14.1.5 目標提取算法的影響14.1.6 最優(yōu)占空比14.2 在雜波條件下的目標檢測14.2.1 引言14.2.2 恒虛警率的優(yōu)化設計14.2.3 探測能力圖14.2.4 針對雜波統(tǒng)計特征的優(yōu)化14.2.5 孔徑照射函數(shù)第15章 重頻選擇的方法15.1 對脈沖重復頻率選擇要求的簡單回顧15.2 最大化可見度的重頻選擇15.3 脈沖重復頻率的主副選擇法15.4 脈沖重復頻率的M