雷達(dá)原理（第四版）

章 緒論 1 1．1 雷達(dá)的基本任務(wù) 1 1．1．1 雷達(dá)回波中的可用信息 1 1．1．2 雷達(dá)探測(cè)能力——基本雷達(dá)方程 5 1．2 雷達(dá)的基本組成 7 1．3 雷達(dá)的工作頻率 9 1．3．1 雷達(dá)頻段 9 1．3．2 雷達(dá)頻段的應(yīng)用 10 1．4 雷達(dá)的戰(zhàn)術(shù)參數(shù)及技術(shù)參數(shù) 11 1．4．1 雷達(dá)的主要戰(zhàn)術(shù)參數(shù) 11 1．4．2 雷達(dá)的主要技術(shù)參數(shù) 12 1．4．3 雷達(dá)的分類 13 1．5 雷達(dá)的應(yīng)用和發(fā)展 14 1．5．1 雷達(dá)的應(yīng)用 14 1．5．2 雷達(dá)的發(fā)展 20 1．5．3 現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)簡(jiǎn)介 21 1．6 軍用雷達(dá)與電子戰(zhàn) 25 1．6．1 電子戰(zhàn)的科學(xué)定義 25 1．6．2 電子戰(zhàn)頻段 26 1．6．3 雷達(dá)抗干擾 26 1．6．4 隱身和反隱身 29 1．6．5 反偵察和反摧毀 32 參考文獻(xiàn) 32第2章 雷達(dá)發(fā)射機(jī) 33 2．1 概述 33 2．1．1 雷達(dá)發(fā)射機(jī)的任務(wù)和功能 33 2．1．2 單級(jí)振蕩式發(fā)射機(jī)和主振放大式發(fā)射機(jī) 33 2．1．3 現(xiàn)代雷達(dá)對(duì)發(fā)射機(jī)的主要要求 35 2．2 雷達(dá)發(fā)射機(jī)的主要質(zhì)量指標(biāo) 36 2．2．1 工作頻率和瞬時(shí)帶寬 37 2．2．2 輸出功率 37 2．2．3 信號(hào)形式和脈沖波形 37 2．2．4 信號(hào)的穩(wěn)定度和頻譜純度 39 2．2．5 發(fā)射機(jī)的效率 42 2．3 雷達(dá)發(fā)射機(jī)的主要部件和各種應(yīng)用 43 2．3．1 發(fā)射機(jī)的主要部件 43 2．3．2 幾種典型的雷達(dá)發(fā)射機(jī) 45 2．3．3 全固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī) 47 2．3．4 國(guó)內(nèi)外典型雷達(dá)發(fā)射機(jī)概況 48 2．4 真空管雷達(dá)發(fā)射機(jī) 49 2．4．1 真空微波管的選擇 50 2．4．2 線性注管(O型管) 51 2．4．3 正交場(chǎng)微波管(M型管) 54 2．4．4 真空微波管的性能比較和展望 55 2．4．5 幾種典型的真空管發(fā)射機(jī) 57 2．4．6 微波功率模塊(MPM)及空間功率合成方法 59 2．5 固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī) 61 2．5．1 微波晶體管及其發(fā)展概況 61 2．5．2 固態(tài)發(fā)射機(jī)的分類和特點(diǎn) 62 2．5．3 幾種典型的全固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī) 64 2．5．4 有源相控陣?yán)走_(dá)全固態(tài)發(fā)射機(jī)及其特點(diǎn) 67 2．5．5 有源相控陣?yán)走_(dá)的T／R組件 67 2．5．6 有源相控陣?yán)走_(dá)全固態(tài)發(fā)射機(jī) 70 2．6 脈沖調(diào)制器 71 2．6．1 線型脈沖(軟性開關(guān))調(diào)制器 72 2．6．2 剛性開關(guān)脈沖調(diào)制器 73 2．6．3 浮動(dòng)板調(diào)制器 75 2．6．4 脈沖調(diào)制器的性能比較 79 參考文獻(xiàn) 80第3章 雷達(dá)接收機(jī) 81 3．1 雷達(dá)接收機(jī)的基本原理和組成 81 3．1．1 雷達(dá)接收機(jī)的基本原理 81 3．1．2 雷達(dá)接收機(jī)的基本組成 83 3．2 雷達(dá)接收機(jī)的主要質(zhì)量指標(biāo) 87 3．2．1 靈敏度和噪聲系數(shù) 87 3．2．2 接收機(jī)的工作頻帶寬度和濾波特性 87 3．2．3 動(dòng)態(tài)范圍和增益 88 3．2．4 頻率源的頻率穩(wěn)定性和頻譜純度 88 3．2．5 幅度和相位的穩(wěn)定性 88 3．2．6 正交鑒相器的正交度 88 3．2．7 A／D變換器的技術(shù)參數(shù) 89 3．2．8 抗干擾能力 89 3．2．9 頻率源和發(fā)射激勵(lì)性能 89 3．2．10 微電子化、模塊化和系列化 90 3．3 常規(guī)雷達(dá)接收機(jī)和現(xiàn)代雷達(dá)接收機(jī) 90 3．3．1 雷達(dá)接收機(jī)的分類 90 3．3．2 常規(guī)雷達(dá)接收機(jī) 90 3．3．3 現(xiàn)代雷達(dá)接收機(jī) 92 3．4 接收機(jī)的噪聲系數(shù)和靈敏度 97 3．4．1 接收機(jī)的噪聲 97 3．4．2 噪聲系數(shù)和噪聲溫度 100 3．4．3 級(jí)聯(lián)電路的噪聲系數(shù) 103 3．4．4 接收機(jī)靈敏度 104 3．5 接收機(jī)的高頻部分 106 3．5．1 概述 106 3．5．2 高頻低噪聲放大器的種類和特點(diǎn) 106 3．5．3 混頻器的變頻特性及其分類 108 3．6 接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍和增益控制 111 3．6．1 動(dòng)態(tài)范圍 111 3．6．2 接收機(jī)的增益控制 113 3．6．3 對(duì)數(shù)放大器 117 3．7 自動(dòng)頻率控制 119 3．7．1 概述 119 3．7．2 自動(dòng)頻率控制(AFC)的原理 119 3．7．3 控制磁控管的AFC系統(tǒng) 122 3．8 匹配濾波器和相關(guān)接收機(jī) 122 3．8．1 匹配濾波器的基本概念 123 3．8．2 匹配濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù) 124 3．8．3 匹配濾波器的脈沖響應(yīng)函數(shù) 126 3．8．4 相關(guān)接收機(jī)及其應(yīng)用 126 3．8．5 準(zhǔn)匹配濾波器 127 3．8．6 接收機(jī)帶寬的選擇 129 3．9 頻率源及其應(yīng)用 130 3．9．1 概述 130 3．9．2 直接頻率合成器和間接頻率合成器 131 3．9．3 直接數(shù)字頻率合成器及其應(yīng)用 133 3．10 波形產(chǎn)生方法及其應(yīng)用 137 3．10．1 概述 137 3．10．2 信號(hào)波形的模擬產(chǎn)生方法 138 3．10．3 信號(hào)波形的數(shù)字產(chǎn)生方法 142 3．10．4 寬帶和超寬帶信號(hào)的產(chǎn)生方法 144 3．11 數(shù)字雷達(dá)接收機(jī) 149 3．11．1 數(shù)字雷達(dá)接收機(jī)的組成 149 3．11．2 帶通信號(hào)采樣 150 3．11．3 數(shù)字正交鑒相(數(shù)字下變頻) 152 3．11．4 S波段射頻數(shù)字接收機(jī) 154 3．11．5 數(shù)字雷達(dá)系統(tǒng) 154 3．12 數(shù)字陣列雷達(dá)接收機(jī) 155 3．12．1 數(shù)字陣列雷達(dá)的組成和基本原理 155 3．12．2 數(shù)字T／R模塊 156 3．12．3 數(shù)字波束形成 157 3．12．4 基本DAR的概念結(jié)構(gòu)和原理 158 3．13 軟件無(wú)線電在雷達(dá)接收機(jī)中的應(yīng)用 159 3．13．1 軟件無(wú)線電的基本結(jié)構(gòu) 159 3．13．2 軟件雷達(dá)發(fā)射機(jī)和接收機(jī) 161 參考文獻(xiàn) 163第4章 雷達(dá)終端 164 4．1 概述 164 4．2 雷達(dá)信息顯示 165 4．2．1 雷達(dá)信息顯示的類型及質(zhì)量指標(biāo) 165 4．2．2 傳統(tǒng)雷達(dá)顯示器簡(jiǎn)介 170 4．2．3 數(shù)字式雷達(dá)顯示技術(shù) 177 4．2．4 隨機(jī)掃描雷達(dá)顯示系統(tǒng) 190 4．2．5 光柵掃描雷達(dá)顯示系統(tǒng) 194 4．3 雷達(dá)點(diǎn)跡錄取 203 4．3．1 概述 203 4．3．2 目標(biāo)距離數(shù)據(jù)的錄取 205 4．3．3 目標(biāo)角坐標(biāo)數(shù)據(jù)的錄取 206 4．3．4 天線軸角數(shù)據(jù)的錄取 207 4．4 雷達(dá)數(shù)據(jù)處理 213 4．4．1 概述 213 4．4．2 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)與量測(cè)模型 214 4．4．3 跟蹤濾波算法 217 4．4．4 航跡相關(guān) 222 4．4．5 測(cè)量與跟蹤坐標(biāo)系 225 參考文獻(xiàn) 226第5章 雷達(dá)作用距離 227 5．1 雷達(dá)方程 227 5．1．1 基本雷達(dá)方程 227 5．1．2 目標(biāo)的雷達(dá)截面積(RCS) 228 5．2 最小可檢測(cè)信號(hào) 229 5．2．1 最小可檢測(cè)信噪比 229 5．2．2 門限檢測(cè) 231 5．2．3 檢測(cè)性能和信噪比 232 5．3 脈沖積累對(duì)檢測(cè)性能的改善 236 5．3．1 積累的效果 237 5．3．2 積累脈沖數(shù)的確定 239 5．4 目標(biāo)截面積及其起伏特性 239 5．4．1 點(diǎn)目標(biāo)特性與波長(zhǎng)的關(guān)系 240 5．4．2 簡(jiǎn)單形狀目標(biāo)的雷達(dá)截面積 240 5．4．3 目標(biāo)特性與極化的關(guān)系 241 5．4．4 復(fù)雜目標(biāo)的雷達(dá)截面積 243 5．4．5 目標(biāo)起伏模型 245 5．5 系統(tǒng)損失 249 5．5．1 射頻傳輸損失 250 5．5．2 天線波束形狀損失 250 5．5．3 疊加損失 250 5．5．4 設(shè)備不完善的損失 251 5．5．5 其他損失 252 5．6 傳播過(guò)程中各種因素的影響 252 5．6．1 大氣傳播影響 252 5．6．2 地面或水面反射對(duì)作用距離的影響256 5．7 雷達(dá)方程的幾種形式 259 5．7．1 二次雷達(dá)方程 259 5．7．2 雙基地雷達(dá)方程 260 5．7．3 用信號(hào)能量表示的雷達(dá)方程 261 5．7．4 搜索雷達(dá)方程 262 5．7．5 跟蹤雷達(dá)方程 262 5．7．6 干擾環(huán)境下的雷達(dá)方程 263 參考文獻(xiàn) 266第6章 目標(biāo)距離的測(cè)量 267 6．1 脈沖法測(cè)距 267 6．1．1 基本原理 267 6．1．2 影響測(cè)距精度的因素 269 6．1．3 測(cè)距的理論精度(極限精度) 271 6．1．4 距離分辨力和測(cè)距范圍 273 6．1．5 判測(cè)距模糊的方法 274 6．2 調(diào)頻法測(cè)距 276 6．2．1 調(diào)頻連續(xù)波測(cè)距 276 6．2．2 脈沖調(diào)頻測(cè)距 281 6．3 距離跟蹤原理 283 6．3．1 人工距離跟蹤 283 6．3．2 自動(dòng)距離跟蹤 285 6．4 數(shù)字式自動(dòng)測(cè)距器 285 6．4．1 數(shù)字式測(cè)距的基本原理 286 6．4．2 數(shù)字式自動(dòng)跟蹤 287 6．4．3 自動(dòng)搜索和截獲 290 參考文獻(xiàn) 292第7章 角度測(cè)量 293 7．1 概述 293 7．2 測(cè)角方法及其比較 294 7．2．1 相位法測(cè)角 294 7．2．2 振幅法測(cè)角 297 7．3 天線波束的掃描方法 301 7．3．1 波束形狀及其掃描方法 301 7．3．2 天線波束的掃描方法 303 7．3．3 相位掃描法 304 7．3．4 頻率掃描法 310 7．4 相控陣?yán)走_(dá) 313 7．4．1 概述 313 7．4．2 相控陣天線和相控陣?yán)走_(dá)的特點(diǎn) 314 7．4．3 平面相控陣天線 315 7．4．4 相控陣?yán)走_(dá)的饋電和饋相方式 318 7．4．5 平面相控陣天線饋電網(wǎng)絡(luò)及其波束控制數(shù)碼 321 7．4．6 移相器 324 7．4．7 T／R組件的組成與主要功能 327 7．4．8 有源相控陣?yán)走_(dá)發(fā)展概況與應(yīng)用 329 7．5 數(shù)字陣列雷達(dá) 332 7．5．1 概述 332 7．5．2 數(shù)字陣列雷達(dá)的組成和工作原理 332 7．5．3 數(shù)字T／R組件的組成和特點(diǎn) 334 7．5．4 數(shù)字波束形成(DBF)的原理 336 7．5．5 接收數(shù)字波束形成 338 7．5．6 發(fā)射數(shù)字波束形成 340 7．5．7 基本數(shù)字陣列雷達(dá) 342 7．6 三坐標(biāo)雷達(dá) 343 7．6．1 概述 343 7．6．2 三坐標(biāo)雷達(dá)的數(shù)據(jù)率 344 7．6．3 單波束三坐標(biāo)雷達(dá) 345 7．6．4 多波束三坐標(biāo)雷達(dá) 347 7．6．5 多波束形成技術(shù) 350 7．6．6 仰角測(cè)量范圍和目標(biāo)高度計(jì)算 356 7．7 自動(dòng)測(cè)角的原理和測(cè)角精度 357 7．7．1 概述 357 7．7．2 圓錐掃描自動(dòng)測(cè)角系統(tǒng) 358 7．7．3 振幅和差單脈沖雷達(dá) 360 7．7．4 相位和差單脈沖雷達(dá) 365 7．7．5 單通道和雙通道單脈沖雷達(dá) 366 7．8 角跟蹤精度 368 7．8．1 影響測(cè)角精度的因素 368 7．8．2 對(duì)角跟蹤誤差的綜合討論 372 參考文獻(xiàn) 373第8章 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè) 374 8．1 多普勒效應(yīng)及其在雷達(dá)中的應(yīng)用 374 8．1．1 多普勒效應(yīng) 374 8．1．2 多普勒信號(hào)的提取 376 8．1．3 盲速和頻閃 379 8．2 動(dòng)目標(biāo)顯示雷達(dá)的工作原理及主要組成 382 8．2．1 基本工作原理 382 8．2．2 獲得相參振蕩電壓的方法 383 8．2．3 消除固定目標(biāo)回波 385 8．3 盲速、盲相的影響及其解決途徑 388 8．3．1 盲速 388 8．3．2 盲相 392 8．4 回波和雜波的頻譜及動(dòng)目標(biāo)顯示濾波器 396 8．4．1 目標(biāo)回波和雜波的頻譜特性 396 8．4．2 動(dòng)目標(biāo)顯示濾波器 399 8．4．3 MTI的數(shù)字實(shí)現(xiàn)技術(shù) 404 8．5 動(dòng)目標(biāo)顯示雷達(dá)的工作質(zhì)量及質(zhì)量指標(biāo) 406 8．5．1 質(zhì)量指標(biāo) 406 8．5．2 影響系統(tǒng)工作質(zhì)量的因素 408 8．6 動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD) 413 8．6．1 限幅的影響和線性MTI 414 8．6．2 多普勒濾波器組 417 8．6．3 動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)處理器舉例 419 8．7 自適應(yīng)動(dòng)目標(biāo)顯示系統(tǒng) 422 8．7．1 自適應(yīng)速度補(bǔ)償 423 8．7．2 自適應(yīng)最佳濾波 425 8．8 脈沖多普勒雷達(dá) 431 8．8．1 脈沖多普勒雷達(dá)的特點(diǎn)及其應(yīng)用 431 8．8．2 機(jī)載下視雷達(dá)的雜波譜 433 8．8．3 典型脈沖多普勒雷達(dá)的組成和原理 437 8．8．4 脈沖重復(fù)頻率的選擇 443 8．9 速度測(cè)量 446 8．9．1 連續(xù)波雷達(dá)測(cè)速 446 8．9．2 脈沖雷達(dá)測(cè)速 449 參考文獻(xiàn) 451第9章 高分辨力雷達(dá) 452 9．1 雷達(dá)分辨力 452 9．1．1 距離和速度分辨力 453 9．1．2 模糊函數(shù)及其性質(zhì) 459 9．1．3 幾種典型信號(hào)的模糊函數(shù) 463 9．2 高距離分辨力信號(hào)及處理 469 9．2．1 線性調(diào)頻脈沖壓縮信號(hào)的匹配濾波器 472 9．2．2 編碼信號(hào)及其匹配濾波器 493 9．2．3 時(shí)間頻率碼波形 496 9．3 合成孔徑雷達(dá)(SAR) 499 9．3．1 概述 499 9．3．2 SAR的基本工作原理 501 9．3．3 SAR的參數(shù) 509 9．3．4 SAR的信號(hào)處理 512 9．4 逆合成孔徑雷達(dá)（ISAR） 516 9．4．1 概述 516 9．4．2 轉(zhuǎn)臺(tái)目標(biāo)成像 516 9．4．3 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的平動(dòng)補(bǔ)償 518 9．5 陣列天線的角度高分辨力 521 參考文獻(xiàn) 526