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内容简介

雷达系统及其信息处理(第2版)》定位为高等院校信息类专业高年级本科生和研究生教材,其特色是:不是单纯地讲授雷达原理或雷达基本理论,而是根据现代雷达系统的特点,站在雷达系统及其同目标与环境的相互作用、信号获取与信息处理的角度,阐述雷达系统及其信息处理中的相关问题。在内容编排上,《雷达系统及其信息处理(第2版)》强调雷达信号基本理论、雷达系统同目标与环境的相互作用,以及先进雷达系统中的信息获取与信息处理技术。为此,《雷达系统及其信息处理(第2版)》按照4个模块编写。第1章和第2章介绍雷达基本概念、发展历史和趋势及预备知识;第3、4、5章阐述雷达系统基本原理和基本理论,包括雷达发射与接收、雷达方程与目标检测、雷达波形与处理;第6章和第7章着重分析雷达系统同目标与环境的相互作用,包括雷达目标、大气传播和背景散射等;第8、9、10章讨论先进雷达系统及其处理技术,包括雷达测量与跟踪、脉冲多普勒和动目标指示雷达及高分辨率雷达成像。本次修订重点增加了波形分集等前沿技术、雷达目标高分辨率图像理解、环境杂波模型等方面的论述。《雷达系统及其信息处理(第2版)》既可作为高等院校相关专业本科高年级学生和研究生相关课程的教材,又可作为从事雷达系统、微波遥感、电磁散射、信号与信息处理等相关专业的工程技术人员及雷达部队官兵的参考书。

作者简介

许小剑,1986-1999年,航天总公司二院207所,研究员,先后任室主任、副所长和所长;1999-2002年,美国UniversityofNebraska-Lincoln,研修并获博士学位;2003—,北京航空航天大学,信号与信息处理学科责任教授。

目录

目录
第1章引论1
1.1雷达的概念1
1.2电磁波谱及雷达频段1
1.2.1电磁波谱1
1.2.2雷达频段的特性2
1.3雷达系统的分类3
1.4雷达的起源、发展和未来4
1.4.1雷达的起源4
1.4.2雷达的发展8
1.4.3雷达的未来11
1.5雷达的应用15
1.5.1民用雷达的应用15
1.5.2军用雷达的应用17
1.6雷达系统及其同目标与环境的相互作用22
1.6.1最基本的雷达系统22
1.6.2雷达系统同目标与环境的相互作用模型23
第1章思考题24
参考文献25
第2章电磁场与电磁波基础27
2.1麦克斯韦方程27
2.1.1麦克斯韦方程及其物理意义27
2.1.2电磁场的基本性质29
2.1.3电磁场的边界条件29
2.1.4坡印亭定理30
2.2时谐场32
2.2.1相量形式的麦克斯韦方程32
2.2.2相量形式的边界条件33
2.2.3相量形式的坡印亭定理33
2.3球面波和平面波34
2.3.1球面波与平面波的概念34
2.3.2近场与远场34
2.4电磁波的极化35
2.4.1极化波的概念35
2.4.2线极化37
2.4.3圆极化37
2.4.4椭圆极化38
2.4.5场的极化分解39
2.5平面波的传播39
2.6平面波的反射、折射、绕射和散射41
2.6.1惠更斯原理41
2.6.2平面波的反射42
2.6.3平面波的折射43
2.6.4平面波的绕射44
2.6.5平面波的散射45
第2章思考题46
参考文献46
第3章雷达发射与接收47
3.1雷达信号及其表示方式47
3.2脉冲雷达与目标距离测量49
3.2.1脉冲雷达49
3.2.2目标距离的测量50
3.3相参雷达与目标多普勒频率测量50
3.3.1相参雷达的概念50
3.3.2目标多普勒频率的测量51
3.4雷达天线53
3.4.1天线的主要参数53
3.4.2孔径天线55
3.4.3相控阵列天线56
3.5雷达发射机59
3.5.1雷达发射机的分类及特点59
3.5.2雷达发射机的主要技术指标61
3.5.3射频功率源62
3.5.4脉冲调制器63
3.6雷达接收机64
3.6.1雷达接收机的组成64
3.6.2超外差式接收机的主要技术指标65
3.7相参雷达系统66
3.7.1振荡频率源66
3.7.2波形调制67
3.7.3混频器68
3.7.4限幅器68
3.7.5信号解调与正交检波69
3.7.6I/Q通道失真及其校正70
3.7.7系统非线性的影响72
3.7.8相参雷达各点信号波形小结75
3.8系统噪声和灵敏度76
3.8.1接收机噪声76
3.8.2噪声系数77
3.8.3噪声系数的计算78
3.8.4接收机灵敏度的计算79
第3章思考题80
参考文献81
第4章雷达方程与目标检测83
4.1基本雷达方程83
4.1.1雷达方程的推导83
4.1.2雷达方程的讨论85
4.2噪声中的信号检测87
4.2.1信号检测基本原理88
4.2.2门限检测89
4.2.3雷达脉冲的积累90
4.3虚警概率和检测概率91
4.3.1虚警概率91
4.3.2检测概率92
4.3.3提高检测概率的方法93
4.4恒虚警率检测94
4.5对雷达方程的进一步讨论95
4.5.1用检测因子和能量表示的雷达方程95
4.5.2双站雷达方程97
4.5.3搜索雷达方程97
4.5.4雷达方程的使用98
第4章思考题99
参考文献100
第5章雷达波形与处理101
5.1匹配滤波器101
5.1.1匹配滤波器的响应101
5.1.2匹配滤波器对时延和多普勒频移信号的响应1035.2雷达模糊度函数104
5.2.1雷达模糊度函数的定义104
5.2.2雷达模糊度函数的性质105
5.2.3模糊度函数的时延和多普勒切片106
5.3雷达波形与分辨率106
5.3.1径向距离分辨率106
5.3.2信号带宽与距离分辨率108
5.3.3多普勒频率分辨率109
5.3.4波形评价准则110
5.4典型雷达波形及其模糊度函数111
5.4.1单频脉冲111
5.4.2线性调频脉冲113
5.4.3相干脉冲串117
5.4.4相位编码信号120
5.4.5模糊函数轮廓图124
5.5数字脉冲压缩126
5.5.1脉冲压缩的概念126
5.5.2线性调频脉冲的数字脉冲压缩126
5.5.3线性调频脉冲的加权处理128
5.5.4相位编码信号的数字脉冲压缩129
5.5.5二相巴克码信号的加权处理130
5.6波形分集概念及应用132
5.6.1波形分集概念132
5.6.2抗干扰波形优化:信干噪比最大化133
5.6.3杂波抑制波形优化:信杂比最大化134
5.6.4目标识别波形优化:最大辨识度136
5.6.5认知雷达:知识辅助的全自适应方法136
第5章思考题137
参考文献138
第6章雷达目标140
6.1概述140
6.2目标RCS的基本概念141
6.2.1RCS的定义及其物理意义141
6.2.2目标RCS与雷达探测144
6.2.3目标散射函数的概念144
6.3雷达目标的三个散射区148
6.3.1瑞利区148
6.3.2谐振区149
6.3.3光学区149
6.4目标散射的极化特性150
6.4.1极化散射矩阵150
6.4.2极化散射矩阵变换152
6.5散射中心153
6.5.1散射中心的概念153
6.5.2散射中心的带通滤波解释155
6.6复杂目标的高频散射机理157
6.7几种简单目标的RCS159
6.7.1完纯导体球159
6.7.2矩形金属平板160
6.7.3球头锥162
6.8目标RCS起伏的统计模型164
6.8.1RCS起伏的物理解释164
6.8.2平方分布和Swerling模型165
6.8.3Rice分布模型167
6.8.4对数-正态分布模型167
6.9目标RCS图像理解168
6.9.1金属球的一维和二维散射图像168
6.9.2不同散射机理在雷达图像中的表现形式173
第6章思考题181
参考文献182
第7章雷达系统与外部环境的相互作用184
7.1大气传播衰减184
7.1.1地球大气层184
7.1.2传播衰减185
7.2大气折射的影响188
7.3地球曲

前言/序言

  再版前言
  《雷达系统及其信息处理》教材第一版于2009年成稿、2010年出版。正如作者在第一版前言中所指出的,《雷达系统及其信息处理(第2版)》目的不是提供一本完整的关于雷达原理的教程,而是站在雷达系统同目标与环境的相互作用、信息获取与信息处理的角度,讨论现代雷达系统及其信息处理中的基础理论、基本原理及前沿技术问题。《雷达系统及其信息处理》教材从第一版出版至今已近十年,十年间电子技术的迅猛发展及其他新兴技术的涌现,使得雷达在内涵、技术,甚至形态上发生着日新月异的变化,例如,宽带高分辨率雷达成像技术已完全进入成熟应用期,波形分集、太赫兹、多输入多输出(MIMO)、认知雷达、微波光子及量子雷达等新技术、新体制取得突破或得以涌现。很明显,原版教材已经很难满足新的雷达课程教学的需要。
  本次修订依然沿用了第一版教材中将教学内容划分为4个模块共10章的《雷达系统及其信息处理(第2版)》结构安排,但针对新的教学需求,对各模块、各章节具体做了大量的充实和修订。本次修订的重点包括:一是增加对雷达前沿技术(如波形分集技术和各种新体制雷达)的论述,主要体现在对第1、第5章的修改;二是呼应高分辨率雷达成像技术得到广泛应用的现状和需求,增加扩展目标雷达散射特性表征、雷达图像理解等前沿技术内容,主要体现在对第6、第7、第10章的修改充实;三是针对现代雷达信号处理对背景杂波模型提出了越来越多需求这一技术趋势,以较大的篇幅增加了地、海杂波半经验模型和统计模型的内容,主要体现在对第7章的修改和内容充实。此外,在每一章的最后增加了思考题,便于读者通过对思考题的解答检验学习效果。
  对各模块、章节的具体修订内容如下。
  模块1——雷达基础和预备知识:本模块由第1、第2章构成。根据雷达技术的最新进展,在第1章增加了太赫兹波、汽车雷达等新内容,同时增加了“雷达的未来”作为1.4.3节,简要概述MIMO雷达、认知雷达、微波光子雷达和量子雷达等近年来得到迅速发展的前沿雷达技术。第2章在原版内容基础上,进一步强化了同雷达密切相关的近场与远场、电磁波极化等概念;同时,为了更好地呼应第6章中关于目标电磁散射的讨论,重写了2.6.4节,增加了扩展目标对于平面波的绕射现象等问题的介绍,为第6、第7章关于目标与环境电磁散射问题的讨论提供必要的预备知识。
  模块2——雷达系统基本理论:本模块由第3、第4、第5章组成。第3章对3.7.6节关于雷达接收机I/Q通道失真及其校正进行了重写,同时增加3.7.7节,讨论系统非线性的影响,后者对于宽带高分辨率成像雷达至关重要;增加了3.8节,专门讨论系统噪声和灵敏度问题,并且把原版中3.6.3节内容并入本节。第4章增加了搜索雷达方程相关内容。第5章对本章的标题、5.3节内容进行了调整,并对5.6节进行了完全重写。其中,5.3节讨论雷达波形与分辨率,增加了5.3.4节,讨论波形评价准则;删除了原版中5.6节关于雷达自适应信号处理概念的内容,增加了波形分集概念及其应用的相关内容,包括波形分集概念、抗干扰和杂波抑制波形优化、目标识别波形优化和认知雷达等技术内容,以便更好地反映现代雷达系统对于信号与波形设计、优化和智能化处理等新技术、新方法的需求。
  模块3——雷达系统同目标与环境的相互作用:由第6、第7章构成。第6章中对6.2节和6.4节进行了重写,并增加了6.9节。其中,6.2节介绍雷达散射截面(RCS)的概念,讨论其物理意义,并针对现代雷达成像技术的成熟和广泛应用,引入扩展目标的散射函数和散射分布函数概念,为后续关于成像原理的讨论提供必要基础;6.4节讨论极化散射矩阵问题,主要对极化散射矩阵概念和变换的数学模型与表达式等做了重新整理,使初学者更易理解;6.9节讨论目标RCS图像理解问题,通过对各种典型目标散射机理在一维和二维雷达像中的表现形式的深入分析,阐述了复杂目标RCS图像的理解问题。第7章在原版内容基础上进行了大幅的内容扩充,主要包括:在7.6.7节增加地面后向散射系数的乌拉比(Ulaby)模型;7.7.4节增加了多个海面后向散射系数半经验模型;新增7.9节,讨论地海杂波统计模型,包括瑞利分布模型、韦布尔分布模型、对数-正态分布模型和复合K分布模型,同时讨论了统计模型的应用问题。
  模块4——先进雷达系统及其信息处理技术:由第8、第9、第10章构成。第8章对8.2.3节原有内容进行了扩充,增加了同时测量速度大小与运动方向相关内容,并对其他各节做了较多的修改。第9章重写了9.1节,以便更好地体现脉冲多普勒(PD)雷达是以动目标指示(MTI)雷达技术为基础发展而来的,体现今天的技术发展使得PD和MTI的区分边界已经模糊的现实;对9.2节和9.5节内容进行了重新调整,将原版9.2.4节关于多普勒滤波器组的内容并入9.5节,作为9.5.3节,便于读者更好地理解MTI技术的发展沿革。第10章重写了10.3.1节,采用“散射分布函数”替换原版中关于三维扩展目标散射表征时采用的“目标复反射率”这一不严谨术语;增加了10.7节,简要讨论合成孔径雷达(SAR)图像理解问题。
  《雷达系统及其信息处理(第2版)》由许小剑,黄培康编著。《雷达系统及其信息处理(第2版)》的修订得到了北京航空航天大学领导及诸多同仁的大力支持和帮助,恕不一一罗列,谨在此一并致以诚挚的谢意!
  在《雷达系统及其信息处理(第2版)》修订过程中,作者尽可能严谨地完成每一章节的勘误、内容调整和充实,但由于作者学识和水平所限,百密必有一疏,还望读者海涵并不吝指教。
  作者
  2018年10月

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