本书从电磁波及其散射的基本理论出发，较为系统地介绍了现代雷达的理论、技术与发展。全书共12章，包括绪论、电磁波及其散射的基本理论、雷达系统技术、雷达信号模型及信号处理、运动目标探测雷达、环境探测雷达、成像雷达、极化雷达、噪声雷达、阵列雷达、超分辨雷达成像技术、压缩感知雷达技术等内容。
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第1章绪论1
1.1雷达技术的发展历史与现状1
1.2雷达技术的发展和应用前景5
1.3雷达工作频段的划分5
1.4本书的特点6
习题6
参考文献6
第2章电磁波及其散射的基本理论8
2.1电磁场理论中的重要定理8
2.1.1麦克斯韦方程组8
2.1.2电磁场的边界条件9
2.1.3坡印亭定理11
2.1.4电磁场唯一性原理12
2.1.5惠更斯-菲涅耳原理13
2.1.6电磁场的波动方程14
2.2电磁波及其传播14
2.2.1电磁场波动方程的解14
2.2.2电磁波的极化15
2.2.3电磁波在自由空间传播17
2.2.4电磁波在色散介质、有耗介质和分层介质中的传播18
2.2.5电磁波在电离层中的传播26
2.3电磁波的散射30
2.3.1单站散射和双站散射32
2.3.2雷达方程33
2.3.3雷达截面35
2.3.4雷达散射系数35
2.3.5面散射、体散射37
2.3.6海面散射特性38
2.3.7脉冲有限和波束有限散射体制39
2.4电磁波与目标相互作用的复杂性40
2.4.1谐振区电磁散射的复杂性41
2.4.2电磁散射的极化特性(征)42
2.4.3散射中心46
习题46
参考文献48
第3章雷达系统技术49
3.1雷达系统的主要系统参数50
3.2天线51
3.2.1天线的主要参数52
3.2.2电流元的辐射场54
3.2.3对称振子天线的辐射场56
3.2.4口径天线的辐射场58
3.2.5矩形波导口面的辐射场58
3.2.6反射面天线59
3.2.7透镜天线61
3.2.8阵列天线61
3.3发射机74
3.3.1发射机的主要参数74
3.3.2发射机组成74
3.3.3正交调制器75
3.3.4功率放大器76
3.4接收机76
3.4.1接收机的主要参数77
3.4.2接收信号的数学模型79
3.4.3接收机混频分析80
3.4.4接收机主要混频器种类80
3.4.5接收机基带信号的正交解调82
3.4.6接收机的幅相校正85
3.5数字采样85
3.5.1ADC的基本概念和主要性能参数86
3.5.2ADC的动态范围86
3.5.3ADC的量化信噪比87
3.5.4ADC的有效位数87
3.6频率综合器87
3.6.1长期频率稳定度88
3.6.2短期频率稳定度89
3.6.3晶体振荡器91
3.6.4介质振荡器91
3.6.5压控振荡器91
3.6.6原子钟91
3.7中央电子系统和电源子系统92
3.7.1中央电子系统92
3.7.2电源子系统92
习题93
参考文献94
第4章雷达信号模型及信号处理95
4.1雷达测量的基本内容95
4.1.1测量精度和精密度95
4.1.2距离测量96
4.1.3速度测量97
4.1.4RCS测量98
4.1.5角度测量98
4.2雷达信号的基本概念99
4.2.1时间频率测不准原理99
4.2.2雷达信号相干性和非相干性99
4.2.3雷达信号的四种基本数学表达式100
4.2.4正交调制和正交解调100
4.2.5信号的相关101
4.2.6信号的能量谱密度和功率谱密度102
4.2.7信号的匹配滤波102
4.2.8雷达信号的模糊函数104
4.3常用的雷达信号模型107
4.3.1连续波信号107
4.3.2脉冲调制连续波信号107
4.3.3相位编码信号108
4.3.4调频连续波信号109
4.3.5线性调频脉冲信号110
4.3.6非线性调频脉冲信号111
4.3.7频率步进脉冲信号111
4.3.8调频步进脉冲信号112
4.3.9非线性调频步进脉冲信号113
4.3.10噪声信号114
4.4雷达信号处理116
4.4.1脉冲压缩117
4.4.2脉冲-多普勒处理136
4.4.3干涉信号处理137
4.4.4FMCW的距离和速度测量解耦137
4.4.5空时自适应阵列信号处理139
4.4.6时频分析方法151
4.4.7分数阶傅里叶变换方法162
4.4.8Keystone变换方法165
习题167
参考文献168
第5章运动目标探测雷达169
5.1搜索跟踪雷达169
5.1.1搜索雷达方程169
5.1.2发现(探测)概率、虚警概率和漏警概率170
5.1.3脉冲积累171
5.1.4恒虚警率检测171
5.1.5搜索跟踪雷达的典型波束扫描方式171
5.1.6跟踪算法173
5.1.7边跟踪边扫描177
5.2天波超视距雷达177
5.2.1工作原理177
5.2.2超视距雷达的反隐身能力179
5.2.3超视距雷达对海面风和洋流的探测180
5.2.4天波超视距雷达的技术难点与局限性180
5.3预警雷达180
5.3.1地面在杂波的多普勒带宽182
5.3.2DPCA技术182
5.3.3ATI技术183
5.3.4STAP技术184
5.4无源雷达184
5.4.1无源雷达的优势184
5.4.2无源雷达的信号处理185
5.4.3无源雷达的空间、时间、频率和相位同步185
5.4.4无源雷达的等信噪比和等距离曲线185
5.4.5无源雷达的速度测量186
习题187
参考文献188
第6章环境探测雷达190
6.1雷达高度计190
6.1.1雷达高度计的发展190
6.1.2海面高度193
6.1.3雷达高度计的工作原理194
6.1.4高度测量误差及修正201
6.1.5实现高精度距离测量的原因203
6.1.6典型的高度计系统204
6.1.7高度计的主要应用205
6.2雷达散射计207
6.2.1雷达散射计的发展207
6.2.2雷达散射计的主要体制207
6.2.3雷达散射计的海面风场测量原理210
6.2.4海面后向散射系数210
6.2.5多次测量211
6.2.6海面风场反演212
6.2.7海面风场测量精度213
6.2.8扇形波束散射计和笔形波束散射计对比213
6.2.9典型的星载散射计系统214
6.2.10散射计的主要应用217
6.3气象雷达218
6.3.1Rayleigh散射和Mie散射218
6.3.2雷达反射因子219
6.3.3雷达方程220
6.3.4地基气象雷达221
6.3.5星载气象雷达224
6.3.6气象雷达技术的发展227
习题229
参考文献230
第7章成像雷达232
7.1雷达成像的物理和数学问题232
7.2雷达成像的空间域与空间谱域235
7.3合成孔径雷达236
7.3.1SAR的发展历史236
7.3.2SAR的基本原理237
7.3.3SAR成像算法243
7.3.4SAR成像实例251
7.3.5SAR主要体制252
7.3.6干涉合成孔径雷达256
7.3.7SAR/GMTI277
7.3.8SAR的主要应用278
7.4逆合成孔径雷达279
7.4.1ISAR的基本原理279
7.4.2ISAR成像实例286
7.4.3干涉逆合成孔径雷达288
7.4.4ISAR成像的微动和微多普勒现象290
7.4.5ISAR的主要应用293
7.5圆迹合成孔径雷达295
7.5.1CSAR的基本原理295
7.5.2CSAR的成像算法302
7.5.3CSAR成像实例305
7.5.4CSAR关键技术308
7.5.5CSAR的应用308
7.6视频SAR/ISAR311
7.7广义合成孔径技术312
7.7.1观测子孔径的分解与合成312
7.7.2空间分离的调频步进脉冲信号313
7.7.3干涉SAR地距分辨率的提高316
7.7.4重复轨道SAR方位向分辨率的提高320
7.8雷达成像与光学成像的异同322
习题324
参考文献325
第8章极化雷达327
8.1极化雷达的理论基础327
8.1.1电磁波的极化描述327
8.1.2Jones矢量328
8.1.3极化散射矩阵329
8.1.4Stokes矢量331
8.1.5完全极化波和部分极化波331
8.1.6协方差矩阵和相干散射矩阵334
8.1.7总功率335
8.1.8同极化相干系数336
8.1.9同极化相差336
8.2极化雷达的信息处理336
8.2.1极化综合336
8.2.2极化分解337
8.2.3极化图像的解译与分类342
8.2.4极化雷达的关键技术344
8.3极化SAR的主要应用344
习题345
参考文献345
第9章噪声雷达347
9.1噪声雷达概述347
9.1.1噪声雷达的发展历史347
9.1.2噪声雷达的特点348
9.1.3噪声雷达的一般系统方案348
9.2噪声信号模型及其压缩处理方法349
9.2.1噪声信号模型349
9.2.2噪声信号的压缩处理方法350
9.2.3噪声信号的模糊函数350
9.3混沌噪声雷达351
9.3.1混沌理论与混沌信号351
9.3.2混沌信号模型352
9.4噪声雷达的应用358
9.4.1噪声雷达成像359
9.4.2抗压制干扰和抗欺骗干扰364
习题365
参考文献365
第10章阵列雷达367
10.1相控阵雷达367
10.1.1概述367
10.1.2波束扫描性能369
10.1.3相控阵雷达的馈电方式376
10.1.4宽带相控阵雷达378
10.1.5相控阵雷达的关键技术及其应用379
10.2多波束阵列雷达380
10.2.1概述380
10.2.2波束形成的基本原理381
10.2.3阵元级和子阵级多波束形成381
10.2.4多波束形成的应用382
10.2.5模拟阵列雷达383
10.2.6数字阵列雷达385
10.2.7数字阵列雷达的应用395
10.3MIMO雷达395
10.3.1概述395
10.3.2统计MIMO雷达和相干MIMO雷达396
10.3.3虚拟天线阵列397
10.3.4MIMO雷达与相控阵雷达的比较399
10.3.5MIMO雷达的模糊函数400
习题401
参考文献401
第11章超分辨雷达成像技术403
11.1概述403
11.2超分辨成像方法分类403
11.2.1频谱扩展理论403
11.2.2谱分析理论404
11.3AR插值方法404
11.4Super-SVA方法407
11.4.1Super-SVA原理407
11.4.2Super-SVA的改进409
11.4.3频谱不连续的调频步进信号频域合成算法410
11.4.4频谱不连续的调频步进信号时域合成算法412
11.4.5频谱二维不连续的调频步进SAR成像频谱合成算法413
11.4.6实验验证415
11.5非参数谱估计417
11.5.1谱估计问题模型417
11.5.2基于加权最小均方差框架的非参数谱估计方法417
11.5.3基于匹配滤波器框架的非参数谱估计方法419
11.5.4非参数谱估计方法的二维推广421
11.5.5一维仿真和二维仿真421
11.6MUSIC算法423
11.6.1一维MUSIC算法的基本原理423
11.6.2二维MUSIC算法的基本原理425
11.6.3盖氏圆盘估计方法426
11.6.4二维MUSIC成像仿真和性能分析427
11.7ESPRIT算法430
11.7.1一维ESPRIT算法的基本原理430
11.7.2二维ESPRIT算法的基本原理431
11.7.3ESPRIT成像仿真433
习题434
参考文献434
第12章压缩感知雷达技术436
12.1概述436
12.2压缩感知基本理论437
12.2.1信号的稀疏性和可压缩性438
12.2.2测量矩阵439
12.2.3信号的降维投影与重建446
12.3压缩感知雷达成像447
12.3.1压缩感知脉冲压缩448
12.3.2压缩感知SAR成像实验452
12.4噪声雷达压缩感知成像457
12.4.1调频步进噪声信号的脉压方法457
12.4.2调频步进噪声压缩感知成像实验459
12.4.3噪声信号回波直接降采样成像460
习题461
参考文献461
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