来源：公众号高山防务
一、目录
目录
1雷达定义和术语
1.1雷达系统分类和波段
1.1.1高频（HF）和甚高频（VHF）雷达（A和B波段）
1.1.2超高频（UHF）雷达（C波段）
1.1.3 L波段雷达（D波段）
1.1.4 S波段雷达（E波段和F波段）
1.1.5 C波段雷达（G波段）
1.1.6 X波段和Ku-B波段雷达（I波段和J波段）
1.1.7 K和Ka波段雷达（J和K波段）
1.1.8毫米波（MMW）雷达（V波段和W波段）
1.2雷达功能框图
1.3主雷达子系统
1.4信号分类
1.4.1信号扩展功能
1.4.2傅里叶级数展开
1.4.2.1三角傅立叶级数
1.4.2.2复指数傅立叶级数
1.4.3傅里叶级数的性质
1.4.3.1加减法
1.4.3.2乘法
1.4.3.3平均功率
1.4.4傅里叶变换
1.5系统分类
1.5.1线性和非线性系统
1.5.2时不变和时变系统
1.5.3稳定和不稳定系统
1.5.4因果系统和非因果系统
1.5.5卷积积分
1.6雷达接收机子系统简化图
1.6.1测量目标范围
1.6.2不明确范围
1.6.3范围分辨率
1.6.4多普勒频率
1.6.4.1多普勒频率提取——方法I
1.6.4.2多普勒频率提取——方法II
1.7一致性
1.8十进制算术
2基本雷达波形和天线
2.1简介
2.2常用雷达波形
2.2.1连续波
2.2.2有限持续时间脉冲
2.2.3周期脉冲
2.2.4有限持续时间脉冲串
2.3带通信号
2.3.1分析信号（投资前）
2.3.2带通信号的前包络和复包络
2.3.3线性调频信号
2.4波形分辨率
2.4.1-范围分辨率
2.4.2多普勒分辨率
2.4.3组合距离和多普勒分辨率
2.5雷达天线
2.5.1电磁波（射频波）
2.5.2天线辐射功率
2.5.3辐射强度
2.5.4辐射方向图
2.5.4.1半功率梁宽度
2.5.4.2旁瓣
2.5.4.3梁立体角
2.5.4.4前进/后退比率
2.5.4.5电压驻波比
2.5.4.6天线带宽
2.5.5方向性
2.5.6天线增益
2.5.6.1有效各向同性辐射功率
2.5.7旁瓣控制
2.5.8天线有效孔径
2.5.9天线近场和远场
2.5.10天线波束形状损耗和扫描损耗
2.5.10.1梁形损失
2.5.10.2天线扫描损耗
2.5.10.3天线U-V空间
2.5.11极化
3雷达方程式
第一部分：脉冲雷达
3.1雷达距离方程
3.1.1最大探测范围
3.2低重频雷达方程
3.3高重频雷达方程
3.4监视雷达方程
3.4.1梁位置数量
3.5布莱克图表
3.6具有干扰的雷达方程
3.6.1被动干扰技术
3.6.2具有干扰的雷达方程
3.6.3自保护干扰雷达方程
3.6.4支持干扰雷达方程
3.6.5量程折减系数
3.6.6噪声（否认）干扰技术
3.6.6.1拦河坝噪声干扰
3.6.6.2点噪声和扫频点噪声干扰
3.6.6.3欺骗干扰
3.6.7电子计数器测量技术
3.6.7.1接收机保护技术
3.6.7.2干扰规避与利用技术
3.7双基地雷达方程
3.8雷达截面
3.8.1 RCS预测方法
3.9雷达损耗
3.9.1发射和接收损耗
3.9.2天线方向图损耗和扫描损耗
3.9.3大气损失
3.9.3.1大气吸收
3.9.3.2大气衰减图
3.9.4降水损失
3.9.5坍塌损失
3.9.6加工损失
3.9.6.1探测器近似
3.9.6.2恒定误报警率损失
3.9.6.3量化损失
3.9.6.4范围闸门跨接损耗
3.9.6.5多普勒滤波器跨接
第二部分：连续波雷达
3.10连续波雷达概述
3.10.1连续波雷达方程
3.10.2频率调制
3.10.3线性调频连续波雷达
3.10.4多频连续波雷达
3.11 MATLAB程序“range_calc.m
4雷达波传播
4.1地球对雷达方程的影响
4.2地球大气
4.3大气模型
4.3.1对流层折射率
4.3.2电离层折射率
4.3.3计算折射率的数学模型
4.3.4分层大气折射模型
4.4四层地球模型
4.4.1目标高度方程
4.5地面反射
4.5.1光滑表面反射系数
4.5.2发散性
4.5.3粗糙表面反射
4.5.4全反射系数
4.6图案传播因子
4.6.1平地
4.6.2球形地球
4.7衍射
5 雷达接收机信号处理要素
5.1雷达接收机方框图
5.2相关性
5.2.1相关系数
5.2.1.1能量信号
5.2.1.2电源信号
5.2.2相关积分-能量信号
5.2.3卷积与相关积分的关系
5.2.4时间平移对相关函数的影响
5.2.5相关函数属性
5.2.5.1共轭对称性
5.2.5.2信号总能量
5.2.5.3自相关函数下的总面积
5.2.5.4自相关函数的最大值
5.2.5.5相关函数的傅里叶变换
5.2.6相关积分-功率信号
5.2.7能量和功率谱密度
5.2.8周期信号的相关函数
5.3离散时间系统和信号
5.3.1采样定理
5.3.1.1低通采样定理
5.3.1.2带通采样定理
5.3.2 Z变换
5.3.3离散傅立叶变换
5.3.3.1离散功率谱
5.3.4频谱泄漏和折叠
5.3.4.1频谱泄漏
5.3.4.2光谱折叠
5.3.5窗口技术
5.3.6抽取和插值
5.3.6.1抽取
5.3.6.2插值
5.4雷达接收机噪声系数
6匹配滤波器
6.1匹配过滤
6.1.1输出信号功率
6.1.2输出噪声功率
6.1.3信噪比
6.1.4匹配滤波器脉冲响应
6.1.5副本
6.1.6匹配滤波器输出的平均值和方差
6.2匹配滤波器输出的一般公式
6.2.1静止目标情况
6.2.2移动目标情况
6.3距离和多普勒不确定性
6.3.1范围不确定度
6.3.2多普勒（速度）不确定性
6.3.3组合量程-多普勒不确定度
6.4目标参数估计
6.4.1什么是估算者？
6.4.2振幅估计
6.4.3相位估计
7脉冲压缩
7.1时间带宽产品
7.1.1脉冲压缩雷达方程
7.1.2脉冲压缩的基本原理
7.2相关处理器
7.3拉伸处理器
7.4步进频率波形
7.4.1 SFW中的距离分辨率和距离模糊度
7.5目标速度对脉冲压缩的影响
7.5.1 SFW案例
7.5.2 LFM案例
7.6 LFM中的范围-多普勒耦合
8雷达模糊度函数
8.1歧义函数定义
8.2有效信号带宽和持续时间
8.3单脉冲模糊函数
8.3.1时间带宽产品
8.3.2歧义函数
8.4线性调频模糊函数
8.4.1时间带宽产品
8.4.2歧义函数
8.5相干脉冲串模糊函数
8.5.1时间带宽产品
8.5.2歧义函数
8.6具有LFM模糊函数的脉冲串
8.7步进频率波形模糊函数
8.8非线性频率调制
8.8.1静止相的概念
8.8.2调频波形频谱整形
8.9模糊度图轮廓
8.9.1 LFM信号中的距离-多普勒耦合——修订
8.10离散代码信号表示
8.10.1脉冲序列代码
8.11相位编码
8.11.1二进制相位码
8.11.2多相代码
8.12频率代码
8.13离散编码波形的MATLAB模糊度图
9雷达杂波
9.1杂波定义
9.2音量杂波
9.2.1体积单元
9.2.2雨水
9.2.3绒毛
9.2.4体杂波中的雷达距离方程
9.2.5体积杂波谱
9.3区域杂波
9.3.1常数γ模型
9.3.2信号到杂波、机载雷达
9.4杂波RCS，接地
9.4.1低PRF情况
9.4.2高PRF情况
9.5振幅分布
10移动目标指示器和脉冲多普勒雷达
10.1区域杂波频谱
10.2移动目标指示器的概念
10.2.1单延迟线路消除器
10.2.2双延迟线路消除器
10.2.3带反馈的延迟线（递归滤波器）
10.3 PRF交错
10.4 MTI改进系数
10.4.1双脉冲MTI病例
10.4.2一般情况
10.5子编译器可见性
10.6具有最佳权重的延迟线抵消器
10.7脉冲多普勒雷达
10.7.1脉冲多普勒雷达信号处理
10.8歧义解决
10.8.1范围模糊度解决
10.8.2多普勒模糊度分辨率
10.9相位噪声
11随机变量与随机过程
11.1随机变量
11.2多变量高斯随机向量
11.2.1复多元高斯随机向量
11.3瑞利随机变量
11.4平方随机变量
11.4.1具有N个自由度的中心Chi-Square随机变量
11.4.2具有N度的非中心Chi-Square随机变量自由
11.5随机过程
11.6高斯随机过程
11.6.1低通高斯随机过程
11.6.2带通高斯随机过程
11.6.3带通高斯过程的包络
12目标检测-单脉冲情况
12.1具有已知参数的单脉冲
12.2具有已知振幅和未知相位的单脉冲
12.2.1误报警概率
12.2.2检测概率
13波动目标的检测
13.1脉冲积分
13.1.1相干积分
13.1.2非相干集成
13.1.3改进因素和集成损失
13.2目标波动：Chi-Square目标族
13.3平方律探测器的假警报公式的概率
13.3.1平方律检测
13.4检测概率计算
13.4.1扫掠0（扫掠V）目标的探测
13.4.2 Swerling I目标的检测
13.4.3 Swerling II目标的检测
13.4.4 Swerling III目标的检测
13.4.5对Swerling IV目标的检测
13.5波动损失的计算
13.6累计检测概率
13.7恒定误报警率
13.7.1细胞平均CFAR（单脉冲）
13.7.2具有非相干积分的单元平均CFAR
13.8 N中的M检测
13.9雷达赤道——修订
13.9.1脉冲积分检测范围
14雷达截面
14.1雷达截面定义
14.2 RCS对纵横角和频率的依赖性
14.3目标散射矩阵
14.4简单物体的RCS
14.4.1球体
14.4.2椭圆体
14.4.3圆形平板
14.4.4截锥（Frustum）
14.4.5气缸
14.4.6矩形平板
14.4.7三角平板
14.5复杂物体的RCS
14.6 RCS预测方法
14.6.1计算电磁学
14.6.2有限差分时域法
14.6.3有限元法
14.6.4积分方程
14.6.5几何光学
14.6.6物理光学
14.6.6.1矩形板
14.6.6.2 N边多边形
14.6.7边缘衍射
14.7多次反弹
15相控阵
15.1通用阵列
15.2线性阵列
15.2.1阵列胶带
15.2.2通过DFT计算辐射方向图
15.3平面阵列
15.3.1矩形网格阵列
15.3.2圆形网格阵列
15.3.3同心网格圆形阵列
15.3.4带有圆形边界阵列的矩形网格
15.3.5六边形网格阵列
15.4多输入多输出（MIMO）-线性阵列
16自适应信号处理
16.1非自适应波束形成
16.2使用最小均方的自适应信号处理
16.3 LMS自适应阵列处理
16.4旁瓣抵消器
16.5空间-时间自适应处理（STAP）
16.5.1时空处理
16.5.2空间-时间自适应处理
17目标跟踪
第一部分：单目标跟踪
17.1角度跟踪
17.1.1顺序游说
17.1.2锥形扫描
17.2比幅单脉冲
17.3相位比较单脉冲
17.4测距跟踪
第二部分：多目标跟踪
17.5履带式扫描
17.6 LTI系统的状态变量表示
17.7 LTI利率体系
17.8固定增益跟踪滤波器
17.8.1注释：
17.8.2αβ滤波器
17.8.3αβγ滤波器
17.9卡尔曼滤波器
17.9.1 Singerαβγ-卡尔曼滤波器
17.9.2卡尔曼滤波器与αβγ滤波器之间的关系
17.10 MATLAB卡尔曼滤波器仿真
18合成孔径雷达
18.1简介
18.1.1侧视SAR几何
18.2合成孔径雷达设计注意事项
18.3合成孔径雷达方程
18.4合成孔径雷达信号处理
18.5侧视SAR多普勒处理
18.6使用多普勒处理的合成孔径雷达成像
18.7范围步行
18.8一种三维合成孔径雷达成像技术
18.8.1背景
18.8.2 DFTSQM操作和信号处理
18.8.2.1线性阵列
18.8.2.2矩形阵列
18.8.3 DFTSQM SAR成像的几何结构
18.8.4斜率范围方程
18.8.5信号合成
18.8.6电子处理
18.8.7公式的推导。（18.71）
18.8.8第k个范围单元的Non-Zero-Taylor级数系数
二、前言
2000年，第一版《利用MATLAB®进行雷达系统分析与设计》出版。当时，这本书的主要动机是推出一本适合大学的综合教科书，提供使用MATLAB配套软件的动手体验。这本书很快就成为畅销书，并于2005年出版了第2版，2013年出版了3版。根据几位教科书用户的反馈，并借鉴作者自己在雷达系统教学方面的经验，第四版呈现出不同的特色，并采用了新的方法来呈现其内容。重写了几个章节来反映这种新方法。
雷达系统使用调制带通射频（RF）信号和定向天线来搜索雷达视场内的目标。当该RF信号入射到目标上时，它根据麦克斯韦方程与目标相互作用，并且RF能量从目标向所有方向散射。散射能量的一部分（目标回波或回波）在雷达的方向上。雷达通过其天线捕获回波信号，并通过信号处理（使用专用硬件以及信号/数据处理算法），雷达提取目标信息，如目标距离、速度、角位置等。更具体地说，雷达系统发出完全已知的波形（信号）进入自由空间，期望从目标散射的该发射信号的修改版本将返回雷达。因此，理解雷达信号类型及其相关的雷达信号处理技术是理解雷达如何工作的关键。在这种情况下，雷达系统硬件成为产生期望的发射信号并促进从返回回波中提取目标信息的使能器。为此，第四版中的主题介绍将带领读者踏上科学之旅，其主要地标包括不同的雷达子系统和组件。在这种背景下，本书的章节跟随雷达信号从诞生到生命结束的旅程。在此过程中，对不同的相关雷达子系统进行了详细的分析和讨论。
第四版将为学生和雷达工程师提供一个有价值的工具，帮助他们更好地分析和理解雷达系统设计和分析的许多问题。MATLAB®是The MathWorks公司的注册商标。有关产品信息，请联系：The MathWorks，Inc.，3 Apple Hill Drive，Natick，MA 01760-2098 USA。网址：www.mathworks网站. 这本书主要是在研究生阶段编写的，尽管前三章可以作为高级本科生课程使用。每一章都提供了良好理解雷达理论所需的必要数学和分析范围。此外，还为每一章开发了专用的MATLAB函数/程序，以进一步增强对理论的理解，并为制定雷达系统设计要求提供来源。
MATLAB软件为用户提供了多种图形输出。此外，还提供了一套完整的MATLAB代码，用于生成本教科书页面中的所有绘图和图形。所有配套的MATLAB代码都可以从书的网页上下载https://phasedn.com/radarbookcode.
在作者看来，这本畅销书教科书的第四版是有理由的，原因如下：（1）它利用了MATLAB 2020版本提供的新功能；（2） 这本书将文本带到了当前的艺术状态；（3） 它包含了作者从使用本书作为文本的教授和其他执业工程师那里得到的大部分反馈；（4） 所涉及的几个主题没有得到其他作者的太多处理，即使他们这样做了，也无法与这位作者在前两版中采用的全面和详尽的方法相比；（5） 演示文稿已进行了重组，以便用户更方便地采用三门研究生级别课程、一门高级课程和两门研究生级课程的文本。
第四版包括18章。第一章介绍了教科书中使用的大部分符号和命名法。它概述了雷达系统的定义、分类和框图，包括主要的雷达子系统。介绍了信号的分类，以及傅立叶级数和傅立叶变换。随后是系统级分类。本章最后介绍了距离、距离分辨率、无模糊距离和多普勒频率的概念。最后，对分贝算法进行了概述。
第二章首先介绍了最常见的雷达波形。在此背景下，在雷达应用的背景下介绍了每个波形的时间和频率特性。换句话说，重点放在每个波形范围和多普勒分辨率上。然后引入带通信号。为此，本章讨论了解析信号，以及前包络和复包络的定义。本章的后半部分讨论雷达天线。介绍了天线的一般概念，然后概述了许多相关的雷达天线主题，如辐射强度、辐射方向图、方向性和增益。本章最后讨论了极化问题。
第三章推导了雷达方程的多种形式。本章第一部分讨论了脉冲雷达的雷达方程。首先推导了雷达距离方程，然后推导了低脉冲重复频率（PRF）、高脉冲重复频率和监视雷达版本的雷达方程。文中还导出了双基地雷达方程。本章还介绍了存在干扰时的雷达方程。因此，本文详细讨论了最常见的雷达干扰技术和反干扰技术。本章还介绍了雷达损失，并对大气损失进行了全面概述。给出了适用于雷达方程的雷达截面。本章第二部分讨论了连续波雷达的雷达方程。为此，还对线性调频（LFM）雷达和连续波雷达进行了讨论和分析。
第四章介绍了雷达波在地球大气中的传播。首先讨论了地球大气，介绍了传播因子的概念及其对雷达方程的影响。对层状地球大气进行了分析，并建立了模型。提出了四分之三地球模型，然后详细讨论了光滑和粗糙地球的地面反射。详细推导了传播因子，然后对多径和衍射进行了全面的讨论。
第5章介绍了适用于雷达分析和设计的信号处理要素。它从相关、自相关、互相关和卷积的概念开始。讨论了相关函数的性质，分析了卷积和相关函数之间的关系。本章的第二部分讨论离散时间系统和信号。介绍了低通和带通采样定理，然后简要讨论了Z变换。本章最后讨论了离散傅立叶变换，并分析了时间和频率抽取和插值。
第六章介绍了匹配滤波器的概念。它包含了对匹配滤波器的推导的详细分析。介绍了复制品的概念，因为它将在第7章稍后讨论脉冲压缩时使用。我们导出了由于静止和运动目标引起的匹配滤波器输出的一般公式。最后，本章通过分析匹配滤波器输出的距离和多普勒分辨率以及参数估计来结束。第7章以第6章中开发的技术为基础，介绍了脉冲压缩。分析了三种脉冲压缩技术。它们是主动关联、拉伸处理和阶梯频率。还分析了目标运动对脉冲压缩的影响。最后对线性调频波形中的距离-多普勒耦合进行了分析。
第8章详细分析了大多数常见雷达波形类型（模拟和离散）的雷达模糊函数。分析了两种波形的模糊函数。所讨论的模拟波形包括单个未调制脉冲、LFM脉冲、未调制脉冲串、LFM脉搏串、阶跃频率波形和非线性FM波形。本章的其余部分涉及常见的离散雷达波形类型。分析了非调制脉冲编码、二进制编码、多相编码和频率编码。
第9章讨论了雷达杂波。定义了区域杂波和体杂波，并重新推导了雷达方程，以反映杂波的重要性，在这种情况下，信号干扰比变得比信噪比更关键。对杂波雷达截面进行了逐步的数学推导，并建立了杂波后向散射系数的统计模型。第10章介绍了运动目标指示器和脉冲多普勒雷达的概念。本章讨论了如何使用延迟线消除器来减轻雷达信号处理器中杂波的影响。在盲速度的背景下以及在解决距离和多普勒模糊的背景下分析脉冲重复频率交错。最后对脉冲多普勒雷达进行了简要分析。
第11章介绍了随机变量和随机过程的回顾。它的写作方式只是突出了主题的要点。建议本书的用户使用本章作为对随机变量和随机过程进行快速顶层审查的手段。使用本书作为课文的教师可以将第11章作为阅读作业分配给学生。具有已知和未知信号参数的单脉冲检测在第12章中。第13章将第12章的分析扩展到包括目标波动，其中讨论了Swerling目标模型。本章详细讨论了平方律检测器中的相干和非相干积分。对恒虚警率、累积检测概率和N次检测中的M次检测进行了概述。
第14章介绍了雷达散射截面（RCS）。讨论了雷达散射截面对展角和频率的依赖性。提出了一种目标散射矩阵。给出了许多简单物体的RCS公式。对复杂目标RCS进行了讨论，并介绍了RCS的预测方法。第15章涉及相控阵；它从开发通用数组公式开始。讨论了线性阵列和几种平面阵列配置，如矩形、圆形、带圆形边界的矩形和同心圆形阵列。分析了在使用和不使用有限数量的钻头的情况下的波束操纵。扫描丢失也会出现。对作者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，讨论了传统波束形成和自适应波束形成背后的概念。分析了最小均方算法在自适应信号处理中的应用。在最小均方算法的背景下，提出了自适应线性阵列和复权计算。最后，本章讨论了空间-时间自适应处理。
第17章，讨论了目标跟踪雷达系统。本章的第一部分介绍了单目标跟踪问题。详细讨论了顺序高射、圆锥扫描、单脉冲和距离跟踪等问题。本章的第二部分介绍了多种目标跟踪技术。详细介绍了固定增益跟踪滤波器，如αβ和αβγ滤波器。介绍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况，并开发了基于MATLAB的卡尔曼滤波器仿真。本书的最后一章是第18章，战术合成孔径雷达。本章的主题包括：合成孔径雷达信号处理、合成孔径雷达设计注意事项和合成孔径雷达方程。本章将讨论在顺序模式下操作的阵列。
这本书主要是作为一本研究生级别的教科书编写的，尽管其中部分内容可以作为雷达系统的高级课程使用。配套的解决方案手册已经开发出来，供采用本书作为文本的教授使用。此解决方案手册可通过发行商获得。根据我自己的教学经验，教授们可以将本书作为文本使用以下细分：
1.选项一：第1-3章（省略了某些高级部分，如第2.3节和第2.4节）可作为高级课程使用。第5章至第10章以及前一课程中省略的部分可作为第一级研究生课程使用。最后，第11-18章可以作为第二门高级研究生课程。
2.备选方案二：第1章至第3章可作为一门入门级研究生课程。第5章至第10章可作为第二级研究生课程，而第11章至第18章可作为该学科的高级研究生课程。
BassemR.Mahafza——bmahafza@phasedn.com
美利坚合众国阿拉巴马州亨茨维尔
三、作者介绍
BassemR.Mahafza是PhasednResearch的总裁和创始人。Mahafza博士是公认的雷达学科专家，因撰写了几本关于雷达系统的领先参考资料和教科书而广为人知。Mahafza博士自1984年以来一直是IEEE（电气和电子工程师学会）的成员，1994年被授予IEEE高级成员，最近被提名为IEEE研究员。Mahafza博士30多年的经验包括雷达技术、雷达设计和分析（包括所有传感器子组件）、雷达模拟和模型设计、雷达特征和雷达算法开发方面的广泛工作。在他的行业生涯中，他支持了许多政府组织。Mahafza博士的学术经验包括开发和教授一些研究生和本科生级别的课程，如随机信号和噪声、雷达系统介绍、先进的雷达技术、先进的信号处理。他指导了许多硕士生和几个博士生。在他的学术任期内，他的研究主要集中在雷达和传感器技术的进步上。此外，Mahafza博士还对相控阵雷达、先进的雷达信号处理、电子对抗和反对抗技术进行了详细研究。
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