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| 編輯推薦： |
*提供对于雷达设计、分析和信号处理理解的综合资源。
*提供大部分公式和方程的浅显易懂的数学推导。
*包含许多图表和表格形式的输出，帮助读者评估不同雷达参数的折中。
*提供一套完整的MATLAB功能和程序，能够使用输入参数的出厂设置或自定义设置。
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| 內容簡介： |
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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最新进展，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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| 關於作者： |
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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。长期在第一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。
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| 目錄：
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目录
第一部分雷达原理
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双基地雷达方程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
2.11MATLAB函数range_calc.m60
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
3.9.2Z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-CZ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
4.4.4LFM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
5.2.2LFM模糊函数145
5.2.3相干脉冲串模糊函数149
5.2.4LFM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
5.6LFM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
6.4.1Costas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
7.5.1LFM 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
10.3PRF参差308
10.4MTI改善因子311
10.4.12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有最佳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2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
13.5.1Swerling 0（Swerling V）目标的探测372
13.5.2Swerling I目标的探测374
13.5.3Swerling II目标的探测375
13.5.4Swerling III目标的探测376
13.5.5Swerling 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
13.9MN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
14.1RCS定义407
14.2RCS和姿态角及频率的依赖关系408
14.3RCS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
14.6RCS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
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译 者 序
《雷达系统分析与设计（MATLAB 版）（第三版）》从系统分析与设计角度，对雷达信号处理领域的基础知识、前沿技术进行了全面、系统、深入的理论介绍与数学分析，并配备MATLAB 辅助学习软件程序代码，已成为同类教材或专著的标杆。
自第一版（2000 年）、第二版（2005 年）出版至今已11 年，雷达信号处理领域涌现出众多的新理论、新技术。本书在前两版的内容脉络基础上，深入探讨了目标检测、目标跟踪、STAP 处理、SAR 信号处理等相关领域的最新进展，对相关领域的研究人员具有非常高的指导价值。
本书分为5 个部分，共18 章。第一部分为雷达原理，简要介绍雷达基础概念。第二部分为雷达信号与信号处理，关注雷达波形、雷达信号处理。第三部分为雷达系统的特殊考虑，阐述雷达波传播理论、雷达杂波及脉冲多普勒技术。第四部分为雷达检测， 介绍单脉冲检测、目标起伏检测模型等。第五部分为关于雷达的一些特殊主题，重点阐述雷达RCS、相控阵天线、自适应信号处理、目标跟踪、SAR 信号处理等。
本书由中国电子科技集团公司智能感知技术重点实验室组织翻译，周万幸、胡明春、吴鸣亚、王建明、孙俊、陈玲、邓大松、蔡晓睿、韩长喜、倪迎红等参与了翻译，并得到了中国电子科技集团公司第十四研究所各部门领导及专家的大量支持和帮助，在此一并感谢。由于水平和经验有限，翻译错误与不妥之处在所难免，敬请读者批评指正，以便今后进一步完善，不胜感激！
中国电子科技集团公司智能感知技术重点实验室主任
前言
2000 年，Radar Systems Analysis and Design Using MATLAB 一书的第一版出版了。这本书是我根据雷达系统分析和设计研究生课程的多年教学经验撰写的，内容涵盖了雷达信号处理中一些先进的论题。出书的主要目的是向学生们呈现一本适于阅读的综合性教材，为他们提供MATLAB 相关软件的亲身体验。这本书迅速成为了畅销书，促使了2005 年本书第二版的诞生。再版的新书在保持了原版的基本脉络的基础上，对内容进行了更新、拓展及重新组织，包含了本领域的最新进展，在行文顺序上也更加合乎逻辑。文字部分增加了新的论题，并对大量的MATLAB 代码进行了更新和改进，体现了MATLAB 最新版本的先进性。
Radar Systems Analysis and Design Using MATLAB 第一版的问世填补了市面上关于综合性、自成体系的雷达系统分析与设计教材的空缺。它是辅助MATLAB 软件学习的首选书籍，除了从书本的字里行间中给出了理论上和数学上的讨论之外，本书还针对每一章结尾提出的问题配备了一本详细的解题手册。该书很快成为了此类专著的标准，后续出版的此类主题的图书大多参照了本书。但是，又没有哪一本书能够像本书的作者那样，做出如此清晰和明了的阐述。特别是本书所提供的每章结尾习题的解题手册及完整而全面的MATLAB 代码，使所有使用此书的人都可以不受任何限制就信手拈来。读者不仅可以再现本书中的任何一个图表，而且还可以输入自己的参数改变代码，生成特定的图表和输出，以满足自身独特的学术需要。
除了从事大学的MATLAB 授课之外，我还参加了众多工业课程的教学活动，举办过许多场雷达系统的专题讨论会。根据这些教学经验，我明显地感到，大家对于一本针对雷达系统设计和分析的方方面面的综合性教材或参考书的长期渴求。事实上，许多大学教授也已经将这本书列为了雷达系统课程的主要教材。因此，我编写此书的第三版的愿望就变为了现实，并将更多的内容汇集在这本书中。
在我看来，出版此书的第三版有如下原因：
（1）更加贴近如今相关领域的发展，内容反映了当前完美的技术成就；
（2）在新版中增加了作者从使用本书进行教学的老师及从事工程实践的工程师处获取的很多反馈信息；
（3）介绍了若干其他专著较少涉及的新的论题；
（4）在每一章的结尾新增了一些问题供读者解答；
（5）对文字进行了重新组织，更加方便不同层次的读者使用（本书可作为三级研究生课程或者是本科高年级课程加两级研究生课程的教材）；
（6）充分利用了最新的MATLAB 版本所提供的新特点。
① 本书中文翻译版的一些字体、正斜体、图示、符号保留了英文原版的写作风格，特此说明。
本书提供的MATLAB 程序只是作为独立的学术工具设计的而没有其他用途。这里代码的编写方式是为了帮助读者更好地理解相关的理论。这些程序不是为任何类型的开环或闭环仿真研发的。本书中的MATLAB 程序可通过CRC 出版社的网站下载，登录www.crcpress.com 搜索关键字Mahafza 以定位本书的网页。
读者仍然可以像前两个版本一样，对第三版中出现的所有方程和公式，很方便地按照本书提供的步骤进行数学推导。因此，无论是相关的大学入门级教程还是高级教程，本书适合各个层次的读者阅读。第三版还综合了最新的雷达系统设计和分析问题。读者可以从中学到雷达设计、分析及信号处理的必备知识，可谓拥有一本书，胜过手头几本书。此外，新版本还包含了大量的图表和插图，所提供的MATLAB 代码将帮助读者对不同的雷达参数之间做出的折中进行评定。
本书共有18 章，分为5 个部分，分别是：第一部分，雷达原理；第二部分，雷达信号与信号处理；第三部分，雷达系统的特殊考虑；第四部分，雷达检测；第五部分，关于雷达的一些特殊主题。其中，第一部分由第1 章和第2 章组成。第1 章定义和术语，给出了基本的雷达定义及本书通篇将会用到的大多数术语名称。第2 章基本脉冲和连续波（CW）雷达操作，推导了脉冲雷达和连续波雷达的雷达方程，并对其他相关内容（如雷达损耗和噪声等）进行了详细的讨论。书中的雷达方程及双基地雷达方程均是在考虑电子对抗措施（ECM）存在的情况下进行推导的。
本书的第二部分包括第3 章～第7 章。本部分主要关注雷达信号（或波形）及雷达信号处理。其中，第3 章线性系统与复信号表示法，包括对信号理论的各个要素的顶层讨论，这些理论是与雷达设计和雷达信号处理密切相关的。读者需要掌握足够的有关信号和系统及傅里叶变换和其相关特性的背景知识。在有关雷达应用的上下文中对低通和带通信号进行了讨论。还分析了连续系统和离散系统，并给出了采样定理。
第4 章匹配滤波器雷达接收机，围绕匹配滤波器，介绍了它的特性，导出了匹配滤波器输出的一个普遍公式，适用于任意波形。第5 章模糊函数模拟波形和第6 章模糊函数离散编码波形，从模糊函数的角度对匹配滤波器的输出进行了分析，包括单一的未调制波、线性调频（LFM）脉冲、未调制脉冲串、LFM 脉冲串、步进频波形及非线性调频波形。第6 章重点关注了离散的编码波形，分析了未调制脉冲串编码及二进制码、多相位码和频码。第7 章脉冲压缩，具体讲述了使用脉冲压缩进行雷达信号处理的细节问题，给出了相关处理机和展宽处理机，并分析了使用步进频的高距离分辨率处理。
本书的第三部分共由3 章组成。第8 章雷达波的传播，将前面章节中所讲述的自由空间分析延伸到了包含大气效应在内的雷达性能，非常细致地讨论了折射、衍射、大气衰减、表面反射及多路径效应等论题。第9 章的主题是雷达杂波，在这一章定义了区域性杂波和空间域杂波，重新推导了反映杂波存在的雷达方程，指出在此情形下，雷达的信干比要比信噪比显得更为关键。此外，还给出了杂波RCS 的数学推导步骤及杂波后向散射系数的统计模型。第10 章动目标显示（MTI）和脉冲多普勒雷达，讨论了如何使用延迟线对消器来缓解雷达信号处理机内杂波的影响。在有关盲速、解决距离和多普勒模糊的内容中分析了脉冲重复频率的参差。在本章的最后，简要分析了脉冲多普勒雷达。
本书的第四部分讨论并分析了雷达检测。要求学习这一部分的读者掌握较强的有关随机变量和随机过程的背景知识。因此，第11 章随机变量和随机过程在对该主题进行回顾后，行文中仅仅突出了一些主要问题。建议读者在阅读时把本章作为对随机变量和随机过程的一个顶层快速回顾资料。教师则可把本章作为学生的指定阅读材料。第12 章单脉冲检测，描述了对已知和未知的信号参数的单脉冲检测。第13 章波动目标检测，将第12 章中的分析延伸到包含目标起伏的检测上来，讨论了Swerling 目标模型。平方律检波器一节还对相干累积和非相干积累进行了详细的讨论。此外，本章还给出CFAR 的概述，讨论了检测的积累概率及MN 检测。
本书的第五部分讲述了雷达系统的一些专业论题。在第14 章雷达截面积（RCS） 中，讨论了RCS 与方向角、频率和极化的依赖关系，提出了一个目标散射矩阵，给出了许多简单目标的RCS 公式。此外，还讨论了复杂目标的RCS，介绍了推算RCS 的若干方法。在第15 章相控阵天线的开头给出了阵列的一般公式，讨论了线性阵列及包括矩形、圆形、带有圆形边界的矩形和同心圆阵列等几种情形在内的平面阵列的构型，分析了使用和没有有限位数两种情况下的波束控制，同时还给出了扫描损耗，并针对作者自己提出的多输入多输出雷达系统的概念进行了讨论和分析。在第16 章自适应信号处理中，探讨了传统波束形成及自适应波束形成背后的概念，分析了采用最小均方算法的自适应信号处理，给出了自适应线性阵列和最小均方算法中的复杂加权计算。在本章的最后，对空时自适应处理进行了讨论。
在第17 章目标跟踪中讨论了目标跟踪雷达系统。本章的第一部分讲述了单目标跟踪，详细讨论了顺序波束定向、圆锥扫描、单脉冲及距离跟踪。第二部分介绍了多目标跟踪技术，详细讲述了、等固定增益滤波器，引入了卡尔曼滤波器的概念；深入分析了卡尔曼滤波器的特殊情形，开发了基于MATLAB 的卡尔曼滤波器仿真程序。第18 章战术合成孔径雷达（TSAR）是本书的最后一章，本章
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