內容簡介
本書以Blake的經典研究成果為基礎，並根據現代雷達技術的發展，增加了雷達方程中需要考慮的損耗因素數量。本書進行的擴展使雷達方程能夠適應現代雷達設計和分析，通過識別雷達信息和環境信息來預測探測距離，並對雷達性能估算過程可能遇到的各種損耗的來源與計算進行了分析，以期提高雷達距離性能估算的精度。
目錄
第1章 雷達方程的發展 1
1.1 雷達方程基礎 1
1.1.1 最大的可用信噪比 1
1.1.2 需要的最小信噪比 2
1.1.3 脈衝雷達的最大檢測距離 3
1.2 原始雷達方程 3
1.3 Blake脈衝雷達方程 4
1.3.1 Blake方程中各項的含義 4
1.3.2 求解距離的方法 6
1.3.3 Blake圖表的優勢 7
1.3.4 Blake相干雷達方程 7
1.3.5 Blake雙基地距離方程 8
1.4 雷達方程的其他形式 8
1.4.1 Hall雷達方程 8
1.4.2 Barton雷達方程 9
1.5 避免距離計算中的陷阱 11
1.5.1 系統噪聲溫度Ts 11
1.5.2 信號-噪聲能量比的套用 11
1.5.3 平均功率的套用 12
1.5.4 頻寬修正和匹配因子 12
1.5.5 任意目標的檢測因子 12
1.5.6 方向圖傳播因子 13
1.5.7 損耗因子 13
1.5.8 距離計算中常見錯誤總結 13
1.6 現代雷達系統的雷達方程 14
1.6.1 修正距離方程所需要的因子 14
1.6.2 適用於現代雷達的方程 15
1.6.3 探測距離的計算方法 16
1.6.4 垂直覆蓋圖 18
1.6.5 要求的檢測機率 19
1.7 雷達方程發展總結 20
參考文獻 21
第2章 搜尋雷達方程 23
2.1 搜尋雷達方程的推導 23
2.2 用於兩坐標空域監視的搜尋扇區 25
2.2.1 兩坐標監視中的高度覆蓋 25
2.2.2 兩坐標監視的扇形波束方向圖 26
2.2.3 兩坐標監視的餘割平方方向圖 27
2.2.4 固定高度覆蓋 27
2.2.5 兩坐標監視雷達的上覆蓋增強 28
2.2.6 兩坐標監視雷達的反射天線設計 28
2.2.7 兩坐標監視雷達的陣列天線 28
2.2.8 兩坐標雷達所需的功率-孔徑積舉例 29
2.3 三坐標對空監視 29
2.3.1 堆積波束三坐標監視雷達 30
2.3.2 掃描波束三坐標監視雷達 30
2.3.3 三坐標監視雷達的搜尋損耗 30
2.4 多功能陣列監視雷達（MFAR） 31
2.4.1 MFAR搜尋扇區舉例 31
2.4.2 MFAR搜尋的優缺點 32
2.4.3 MFAR搜尋雷達方程舉例 33
2.5 搜尋屏 34
2.5.1 搜尋屏的搜尋扇區 34
2.5.2 ICBM的搜尋屏示例 35
2.6 搜尋損耗 35
2.6.1 有效能量比的減小 36
2.6.2 所需能量比的增加 36
2.6.3 損耗總結 37
參考文獻 38
第3章 雜波和干擾雷達方程 39
3.1 信乾比 39
3.2 雜波對探測距離的影響 40
3.2.1 模糊距離雜波 40
3.2.2 雷達波形的類型 41
3.2.3 雜波檢測因子 41
3.2.4 雜波的有效譜密度 43
3.2.5 雜波環境下的探測距離 43
3.3 面雜波環境下的檢測 44
3.3.1 來自平面的面雜波 44
3.3.2 來自球形地球的面雜波 46
3.3.3 面雜波的截面積 46
3.3.4 面雜波的輸入能量 47
3.3.5 陸基CW和HPRF雷達的探測距離 51
3.3.6 面雜波檢測小結 52
3.4 體雜波環境下的檢測 53
3.4.1 體雜波的幾何關係 53
3.4.2 體雜波的截面積 54
3.4.3 體雜波能量 54
3.4.4 體雜波的檢測因子 55
3.4.5 體雜波和噪聲環境下的探測距離 55
3.4.6 CW和PD雷達中的體雜波 56
3.4.7 體雜波檢測小結 60
3.5 離散雜波的影響 60
3.5.1 虛警的影響 61
3.5.2 噪聲虛警機率的需求 61
3.5.3 抑制離散雜波的必要條件 61
3.5.4 離散雜波的影響小結 62
3.6 旁瓣雜波 62
3.6.1 旁瓣中的面雜波 62
3.6.2 旁瓣中的體雜波 64
3.7 噪聲干擾中的檢測 64
3.7.1 噪聲干擾的目標和方法 64
3.7.2 噪聲干擾的雷達方程 65
3.7.3 噪聲干擾的例子 67
3.8 欺騙性干擾 69
3.8.1 欺騙式干擾的距離方程 70
3.9 干擾中檢測小結 72
3.9.1 噪聲干擾下的探測距離 72
3.9.2 欺騙式干擾方程 72
3.10 組合干擾下的檢測 72
參考文獻 73
第4章 檢測理論 74
4.1 背景 74
4.2 非起伏目標的檢測因子 75
4.2.1 嚴格非起伏目標的檢測機率 75
4.2.2 門限電平 75
4.2.3 嚴格非起伏目標的檢測因子 77
4.2.4 嚴格單脈衝、非起伏目標的檢測因子 77
4.2.5 單脈衝、非起伏目標檢測因子的近似 78
4.2.6 n脈衝、非起伏目標檢測因子的近似 79
4.3 起伏目標的檢測因子 80
4.3.1 通用的卡方目標起伏模型 80
4.3.2 卡方統計信號的檢測 80
4.3.3 Swerling 1型 81
4.3.4 Swerling 2型 84
4.3.5 Swerling 3型 85
4.3.6 Swerling 4型 86
4.4 基於檢波器損耗的近似方程 86
4.4.1 相干檢測 87
4.4.2 包絡檢波和檢波器損耗 87
4.4.3 積累損耗 88
4.4.4 積累增益 89
4.4.5 起伏損耗 89
4.4.6 1型目標的檢測因子 90
4.4.7 其他起伏目標的檢測因子 91
4.5 分集雷達 91
4.5.1 分集增益 91
4.5.2 分集雷達的信號和目標模型 92
4.6 可見度因子 93
4.7 檢測理論總結 95
參考文獻 95
第5章 波束形狀損耗 97
5.1 背景 97
5.1.1 波束形狀損耗的定義 97
5.1.2 角度空間採樣 98
5.1.3 關於波束形狀損耗的文獻 98
5.2 密集採樣下的波束形狀損耗 99
5.2.1 波束形狀損耗的簡單模型 99
5.2.2 天線方向圖 100
5.2.3 不同方向圖下的波束形狀損耗 100
5.3 一維掃描中的稀疏採樣 101
5.3.1 一維掃描下的計算方法 101
5.3.2 一維掃描下非起伏目標的波束形狀損耗 102
5.3.3 一維掃描下1型目標的波束形狀損耗 104
5.3.4 一維掃描下2型目標的波束形狀損耗 105
5.3.5 一維掃描下搜尋雷達的波束形狀損耗 107
5.4 二維光柵掃描中的稀疏採樣 109
5.4.1 二維掃描的計算方法 110
5.4.2 二維掃描下非起伏目標的波束形狀損耗 111
5.4.3 二維掃描下1型目標的波束形狀損耗 111
5.4.4 二維掃描下2型目標的波束形狀損耗 113
5.4.5 二維掃描下分集目標的波束形狀損耗 115
5.4.6 二維光柵掃描下搜尋雷達方程中的波束形狀損耗 117
5.5 使用三角柵格的稀疏採樣 119
5.5.1 採用三角柵格時的計算方法 120
5.5.2 使用三角柵格時非起伏目標的波束形狀損耗 120
5.5.3 三角柵格時1型目標的波束形狀損耗 120
5.5.4 三角柵格時2型目標的波束形狀損耗 121
5.5.5 三角柵格時分集目標的波束形狀損耗 123
5.5.6 三角柵格時搜尋雷達方程中的波束形狀損耗 124
5.6 波束形狀損耗小結 125
5.6.1 密集採樣下的波束形狀損耗 125
5.6.2 稀疏採樣下的波束形狀損耗 125
5.6.3 處理方法 128
5.6.4 搜尋雷達方程中的淨波束形狀損耗 128
5.6.5 不等間隔二維掃描下的波束形狀損耗 129
第6章 系統噪聲溫度 130
6.1 雷達頻帶中的噪聲 130
6.1.1 噪聲譜密度 130
6.1.2 噪聲統計特性 131
6.2 雷達接收中的噪聲來源 131
6.3 天線噪聲溫度 132
6.3.1 天線噪聲溫度的來源 132
6.3.2 天空噪聲溫度 134
6.3.3 來自地表的噪聲溫度 137
6.3.4 來自天線電阻損耗的噪聲溫度 139
6.3.5 來自天線失配的噪聲溫度 140
6.3.6 天線噪聲溫度的近似 141
6.4 接收饋線的噪聲溫度 142
6.5 接收機噪聲溫度 142
6.5.1 有級聯電路的接收機中的噪聲 143
6.5.2 輸入和輸出電平 144
6.5.3 量化噪聲 144
6.6 接收系統噪聲小結 146
6.6.1 與載波頻率相關的熱噪聲 146
6.6.2 Blake方法的套用 146
6.6.3 現代雷達中的精確方法 146
6.6.4 接收機和量化噪聲溫度 146
參考文獻 146
第7章 大氣效應 148
7.1 對流層折射 148
7.1.1 空氣的折射指數 148
7.1.2 標準大氣 149
7.1.3 包含水蒸氣的大氣 150
7.1.4 折射率的垂直輪廓線 151
7.1.5 對流層中的射線路徑 152
7.2 對流層衰減 153
7.2.1 大氣中氣體的海平面衰減係數 153
7.2.2 衰減係數隨海拔的變化 156
7.2.3 穿過對流層的衰減 157
7.2.4 到距離R處的衰減 157
7.2.5 乾燥和潮濕大氣的衰減 162
7.3 來自降水的衰減 164
7.3.1 293K下雨水的衰減係數 164
7.3.2 雨水衰減的溫度特性 165
7.3.3 降雨速率的統計特性 166
7.3.4 降雪中的衰減 168
7.3.5 雲層中的衰減 169
7.3.6 天氣對系統噪聲溫度的影響 170
7.4 對流層的透鏡損耗 171
7.5 電離層效應 172
7.5.1 電離層中射線的幾何關係 172
7.5.2 電離層結構 173
7.5.3 總的電子數量 174
7.5.4 法拉第旋轉 175
7.5.5 信號頻譜的色散 177
7.6 大氣效應的總結 180
參考文獻 181
第8章 方向圖傳播因子 183
8.1 干涉區域內的F因子 183
8.1.1 干涉F因子的來源 183
8.1.2 F因子的套用 184
8.2 射線路徑的幾何模型 186
8.2.1 方法1：遠距離目標的平面地球近似 186
8.2.2 方法2：任意距離目標的平面地球近似 187
8.2.3 方法3：球形地球的一階近似 188
8.2.4 方法4：遠距離目標的球形地球近似 189
8.2.5 方法5：任意距離目標的球形地球近似 189
8.2.6 方法6：任意距離目標在球形地球下的準確表達式 191
8.2.7 近似方法的比較 191
8.3 反射係數 192
8.3.1 菲涅爾反射係數 192
8.3.2 粗糙表面的反射 195
8.3.3 具有植被的陸地表面 197
8.3.4 發散因子 198
8.4 衍射 198
8.4.1 光滑球面衍射 198
8.4.2 刃形衍射 200
8.5 干涉區域 202
8.6 中間區域 203
8.6.1 F因子關於目標距離的函式 203
8.6.2 F因子關於高度的函式 204
8.6.3 垂直面覆蓋圖 205
8.7 方向圖傳播因子總結 207
參考文獻 207
第9章 雜波和信號處理 209
9.1 面雜波模型 209
9.1.1 雜波的截面積和反射率 209
9.1.2 面雜波方向圖傳播因子 210
9.1.3 面雜波的譜特性 213
9.1.4 面雜波的幅度分布 215
9.2 海雜波模型 216
9.2.1 海水表面的物理特性 216
9.2.2 海雜波的折射率 217
9.2.3 海雜波的功率譜 218
9.2.4 海雜波的幅度分布 219
9.3 地雜波模型 219
9.3.1 地雜波的折射率 220
9.3.2 地雜波的功率譜 222
9.3.3 地雜波的幅度分布 223
9.4 離散雜波 223
9.4.1 離散地雜波 223
9.4.2 鳥和昆蟲 224
9.4.3 陸地交通工具 224
9.4.4 風力渦輪機 224
9.5 體雜波的模型 225
9.5.1 體雜波截面積和反射率 225
9.5.2 體雜波的方向圖傳播因子 226
9.5.3 體雜波的頻譜特性 226
9.5.4 體雜波的幅度分布 228
9.5.5 降水雜波模型 228
9.5.6 箔條模型 229
9.6 雜波改善因子 230
9.6.1 相參MTI改善因子 230
9.6.2 非相參MTI改善因子 232
9.6.3 其他MTI考慮 232
9.6.4 脈衝都卜勒處理 233
9.6.5 雜波圖 235
9.7 雜波和信號處理小結 236
參考文獻 236
第10章 雷達方程中的損耗因子 238
10.1 接收信號能量的降低 238
10.1.1 雷達方程中的確定項 238
10.1.2 距離相關回響因子Frdr的分量 240
10.1.3 系統噪聲溫度中包含的損耗 242
10.1.4 搜尋雷達方程中的損耗 243
10.1.5 天線增益中的損耗 244
10.2 所需信號能量中的增量 246
10.2.1 統計性損耗 246
10.2.2 基本檢測因子中的損耗 249
10.2.3 匹配和頻寬損耗 250
10.2.4 波束形狀損耗Lp 251
10.2.5 信號處理損耗Lx 252
10.2.6 雜波檢測因子中的損耗 258
10.3 視覺檢測中的損耗 262
10.3.1 可見度因子中的損耗 262
10.3.2 顯示器上的丟失損耗 263
10.3.3 頻寬修正因子Cb 263
10.3.4 操作員損耗Lo 263
10.4 損耗因子小結 263
參考文獻 264
符號列表 266
附錄A 本書所附電子檔案的內容 279
作者介紹 284
