雷达系统分析与设计（MATLAB版）（第三版）
目 录
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
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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
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周万幸，现任中国电子科技集团公司第十四研究所副所长，研究员级高级工程师。长期在线从事地面和舰载雷达理论、技术与系统的研究和工程研制工作，并取得重大成就、做出突出贡献，组织了舰载一体化雷达/电子对抗系统、预警反导系统的论证和预研工作，领导了宽带相控阵、数字阵、综合信息处理等关键技术的攻关。 Bassem R.Mahafza博士是Alabama州Huntsville地区deciBel研究所的所长及其创建者。他是雷达学科中公认的专家，具有20多年的研究经验，在雷达技术、雷逸设计与分析（包括所有传感器子部件）、雷达仿真和模型设计、雷达特征和雷达算法开发（特别是在先进杂波抑制技术和对抗方面）等领域取得了丰硕的成果。
本书作者为著名雷达技术专家，全书讨论了雷达基本概念和技术原理，具体描述了雷达截面、极化、匹配滤波器和雷达模糊函数及雷达波传播的*进展，并给出了PRN 码，多径和折射、高距离分辨率、杂波和MIT处理的有关内容。新版增加了更多习题，包含丰富的MATLAB程序代码可用于雷达系统的分析和设计，具有很高的实际应用价值。
目 录
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RCS286
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CFAR385
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RCS415
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RCS429
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
^ 收 起
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RCS286
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CFAR385
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RCS415
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RCS429
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
^ 收 起
周万幸，现任中国电子科技集团公司第十四研究所副所长，研究员级高级工程师。长期在线从事地面和舰载雷达理论、技术与系统的研究和工程研制工作，并取得重大成就、做出突出贡献，组织了舰载一体化雷达/电子对抗系统、预警反导系统的论证和预研工作，领导了宽带相控阵、数字阵、综合信息处理等关键技术的攻关。 Bassem R.Mahafza博士是Alabama州Huntsville地区deciBel研究所的所长及其创建者。他是雷达学科中公认的专家，具有20多年的研究经验，在雷达技术、雷逸设计与分析（包括所有传感器子部件）、雷达仿真和模型设计、雷达特征和雷达算法开发（特别是在先进杂波抑制技术和对抗方面）等领域取得了丰硕的成果。
本书作者为著名雷达技术专家，全书讨论了雷达基本概念和技术原理，具体描述了雷达截面、极化、匹配滤波器和雷达模糊函数及雷达波传播的*进展，并给出了PRN 码，多径和折射、高距离分辨率、杂波和MIT处理的有关内容。新版增加了更多习题，包含丰富的MATLAB程序代码可用于雷达系统的分析和设计，具有很高的实际应用价值。
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