电子探测原理.pdf

书书书高等学校工程创新型“十二五”规划教材电子信息科学与工程类电子探测原理唐劲松汤子跃许炎义胡金华编著 北京 内 容 简 介本书为配合教育部“卓越工程师教育培养计划”和军队教育改革而编写。雷达和声呐在发展过程中相互借鉴、相互学习、相互促进，其工作原理具有高度的相似性，而电子对抗（含水声对抗）与雷达和声呐是矛和盾的关系。将三者工作原理一起讲授，不仅可以在大大缩短学时的前提下加深对三者原理的理解，还可以培养批判性思维，有利于提升创新能力。本书讲解雷达、声呐和电子对抗基本工作原理，主要内容分成四大部分。第一部分讲解雷达和声呐系统构成和基本原理，包括发射机和接收机，雷达和声呐测距、测角和测速的基本原理，以及多普勒效应在动目标检测中的应用；第二部分讲解雷达和声呐信号和信息处理及雷达和声呐方程，包括雷达和声呐最优信号检测器与估计器、模糊函数、距离和频率分辨理论、距离和频率测量精度分析、雷达数据处理和显示，以及雷达与声呐方程；第三部分介绍预警体系结构、新体制雷达与声呐以及海洋仪器的基本原理；第四部分讲解电子对抗和抗干扰的基本原理。本书可作为电子科学与技术、雷达、水声工程、电子工程和海洋工程等专业的本科生和研究生的教材，也可作为相关领域工程技术人员的参考书。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（）数据电子探测原理唐劲松等编著北京：电子工业出版社，高等学校工程创新型“十二五”规划教材 电唐带电粒子探测高等学校教材 中国版本图书馆 数据核字（）第 号策划编辑：陈晓莉责任编辑：陈晓莉印刷：装订：出版发行：电子工业出版社北京市海淀区万寿路 信箱邮编 开本：印张：字数：千字印次：年月第次印刷定价：元凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系。联系及邮购电话：（）。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。服务热线：（）。前言世界军事变革主要特征是以信息化为动力，以军事技术、军事理论创新和军队体制结构调整为核心内容。为了提高打赢信息化条件下局部战争能力为核心的完成多样化军事任务能力，军队院校合训专业课程的教学必须有创新性的革命。雷达、声呐和电子对抗装备是海军信息作战的重要装备。海军院校学历教育中电子科学与技术合训专业学员的任职面向雷达、声呐和电子对抗装备。以前这三种装备的原理分成三门课程教学，一般只能讲授其中的一到两门，难以保证学员适应第一任职需要。考虑到三者的相似性和关联性，本教材将三者原理合并讲解。这样教学的好处是在较短学时内，不仅可以加深学员对三种装备原理的融会贯通的理解，而且有利于培养创新意识。地方高校的电子工程海军国防生有同样的需求。海洋仪器大都与雷达和声呐相关，如地波雷达、导航雷达、声多普勒流速剖面仪、声相关流速剖面仪、图像声呐和水声通信等，因此海洋物理专业的学生迫切需要雷达和声呐两方面的知识，本教材可以作为海洋物理专业本科或研究生教材。本教材在编写思路上，突出内容的新颖性、综合性和实用性，主要介绍雷达、声呐原理，包括：目标检测、目标参数测量（含距离测量、角度测量、频率测量）、多普勒效应及应用、信号理论基本知识（含模糊函数、距离和频率分辨理论、距离和频率测量精度分析）、数据处理基本概念、新体制雷达和声呐；以及电子对抗和抗干扰的基本原理。本教材参考学时数为 学时。每章配有习题。有些章节还都给出开放性习题，包括计算机仿真作业和论述题，虽然这些习题对本科学生可能有一定的难度，但相信对掌握教材的内容有很好的帮助。本书由唐劲松教授担任主编。编写分工如下：第章、第章、第章和第章（部分）由唐劲松教授编写，第章、第章、第章由汤子跃教授、唐劲松教授合写，第章和第 章由许炎义教授编写，第章、第章（部分）由胡金华副教授编写。本书由南京电子技术研究所林幼权研究员、哈尔滨工程大学孙大军教授和海军工程大学黄高明教授担任主审。他们对本教材提出了许多中肯的意见和建议，在此表示诚挚的感谢。参与本书编辑和校对的有：卢建斌博士、张森博士、钟何平博士、张学波博士和程广利博士。电子工业出版社的陈晓莉编审与作者进行了大量沟通，提出了许多宝贵意见，在此一并表示感谢！参考文献难以列全，对所引用资料未标注的作者表示歉意和谢意！囿于编者的水平，谬误之处，恳请同行批评指正。编者目录第章绪论!电子探测系统的任务!目标的探测!目标参数测量!目标成像及识别!雷达与声呐工作波段划分!电子探测系统的组成与应用!被动探测系统的组成!主动探测系统的组成!雷达和声呐的分类!电子探测系统战术和技术指标!探测能力技术指标!估计精度技术指标和分辨率技术指标!电子探测系统主要技术参数!电子探测系统的发展史!雷达发展史!声呐发展史!思考题与习题!参考文献!第章发射与接收系统!发射系统的功能和技术指标!雷达发射系统!发射系统的组成!主振放大式发射机!固态发射机!频率合成器!当前常用频率合成技术及其特点!声呐发射系统!声呐发射系统的组成及作用!匹配网络!收发转换开关!接收系统的组成及技术指标!雷达接收机的组成及技术指标!声呐接收机的组成及技术指标!数字化接收机!噪声系数和灵敏度!噪声系数!灵敏度!动态范围和增益控制!动态范围!增益控制!对数放大器!思考题与习题!参考文献!第章距离测量!脉冲测距!脉冲测距原理!距离分辨率!距离测量精度!调频测距!调频连续波测距基本工作原理!运动目标的调频连续波测距!调频连续波雷达特点!相位测距!雷达距离跟踪!人工距离跟踪!自动距离跟踪!声呐被动测距!基于距离差的被动测距!基于相位差的被动测距!两种方法的对比及应用!思考题与习题!参考文献!第章角度测量原理!测角基本方法!幅度测角原理!相位测角原理!互谱测角原理!线阵天线波束扫描方法!窄带线阵波束形成与方向性图!圆阵与圆弧阵的波束形成!宽带波束形成!加权!加挡!波束扫描方式!雷达波束形状和扫描方法!声呐波束扫描!雷达自动测角和角度跟踪!相控阵雷达!相控阵天线和相控阵雷达的特点!相控阵波束扫描三种基本方式!平面相控阵雷达波束形成!相控阵雷达的馈电和馈相方式!有源相控阵!数字阵列雷达!三坐标雷达!三坐标雷达的数据率!单波束、多波束三坐标雷达!仰角测量范围和高度测量!思考题与习题!参考文献!第章运动目标检测和速度测量!径向速度的测量!多普勒效应!多普勒信息的提取方法!运动目标显示与检测 !雷达动目标显示（）工作原理 !雷达动目标检测（）工作原理 !运动杂波的抑制 !声呐的自身多普勒（）抑制技术 !改变本振信号的频率 !改变发射信号的频率 !运动平台雷达动目标检测技术 !多普勒雷达的杂波特点 !机载动目标显示（）!雷达脉冲重复频率的选择 !不同重复频率 雷达信号处理 !距离模糊的消除 !切向速度测量原理 !思考题与习题 !参考文献 !第章信号理论基础 !匹配滤波器 !白噪声背景下的匹配滤波器 !色噪声背景下的匹配滤波器 !匹配滤波器增益 !信号检测 !信号检测模型和似然比 !被动声呐信号检测 !主动雷达和声呐信号检测 !恒虚警检测 !信号的模糊函数 !模糊函数的定义 !典型信号的模糊函数 !宽带模糊函数 !信号模糊函数的应用 !距离和频率分辨率 !多普勒容限 !距离和速度估计及测量精度 !脉冲压缩技术 !线性调频信号及其脉冲压缩处理 !脉冲压缩处理的主要指标 !思考题与习题 !参考文献 !第章数据录取、处理和显示 !雷达目标坐标参数的录取方法 !目标距离数据的录取方法 !目标角度数据的录取方法 !目标高度数据的录取方法 !其他参数的录取方法简介 !雷达和声呐的显示终端 !雷达的显示器 !声呐的显示器 !雷达数据处理 !雷达数据处理分类及术语定义 !雷达数据处理的实现 !附：标准卡尔曼滤波公式 !思考题与习题 !参考文献 !第章雷达与声呐方程和目标特性 !雷达方程 !基本雷达方程 !雷达最大作用距离 !脉冲压缩雷达方程 !雷达目标截面积 !窄带雷达目标截面积 !高分辨力雷达目标截面积 !目标截面积与雷达工作波长的关系 !雷达目标特性与极化的关系 !雷达杂波模型 !地、海面反射特性 !杂波的幅度起伏 !雷达目标起伏模型 !声呐方程 !声呐方程中出现的参数 !被动声呐方程 !主动声呐方程 !思考题与习题 !参考文献 !第章探测与预警新技术 !探测与预警系统简介 !天基预警系统 !空基探测与预警系统 !陆基探测与预警系统 !海基探测与预警系统 !水下探测与预警系统 !合成孔径成像与干涉合成孔径成像 !合成孔径成像原理 !逆合成孔径雷达成像原理 !干涉合成孔径原理及应用 !超视距雷达 !地波和天波超视距 !微波大气波导超视距雷达 !声学海洋仪器 !图像声呐 !海流速度剖面仪 !水声定位技术 !被动多基地雷达 !基于时差定位 !到达方向交叉定位 !差分多普勒定位 !空时二维自适应处理 !空域滤波 !从信号检测谈起 !雷达杂波的空时二维谱 !空时信号模型 !最优空时二维处理 !空时二维处理的降维 !思考题与习题 !参考文献 !第 章电子对抗基本原理 !电子对抗及分类 !电子对抗定义 !电子对抗分类 !电子对抗中的信号侦测 !侦察系统主要技术指标 !测频接收机 !信号处理和参数估计 !电子对抗中的电子进攻技术 !电子进攻的概念和分类 !干扰方程 !有源干扰 !无源干扰 !隐身技术 !电子战中的摧毁技术 !有源干扰基本原理 !压制性干扰原理 !欺骗式干扰原理 !电子对抗中的电子防护技术 !反电子侦察 !防止干扰进入接收机的技术 !接收机抗干扰技术 !电子对抗军事意义与运用 !贝卡谷地空战 !海湾战争 !思考题与习题 !参考文献 !书书书第章绪论 电子探测系统的任务电子探测系统是重要的战场传感器，其中雷达和声呐在电子探测系统中占据了重要地位。雷达是英文“”的音译，是英文 的缩写，原意是“无线电探测和测距”，即用无线电方法检测目标并测定它们在空间的位置。因此，雷达也称为“无线电定位”。声呐是英文“”的音译，是英文 的缩写，原意是“声导航和定位”。雷达和声呐主要任务包括：目标的探测，目标的距离、方位和仰角测量，目标的速度测量，目标成像和目标识别。雷达有主动和被动之分。主动雷达大部分都自己发射电磁波，它是利用目标的回波对目标进行探测和定位。主动雷达还可以采用应答方式工作，称为二次雷达，它要求目标为合作目标，如航管雷达。二次雷达信噪比高，距离、角度测量估计精度高，且目标应答时，可为雷达提供自身的番号等信息，可用于目标的类型判别和敌我目标识别。被动雷达利用目标自身辐射、广播电视或背景辐射电磁波对目标进行定位，被动雷达如俄罗斯“铠甲”、美国的寂静哨兵和电磁辐射计等。被动雷达具有隐蔽性好的优点，可以有效地对付反辐射导弹。被动声呐利用目标的声辐射（机械噪声和螺旋桨空化噪声）来发现目标并测定其参数，主动声呐发射声波并接收目标的回波来发现目标并测定其参数。主动声呐和被动声呐在应用中平分秋色。被动声呐一般用于潜艇声呐和固定式水下声呐站，主动声呐多用于水面舰艇声呐和海洋仪器。应答方式工作的声呐主要用于定位，也用于敌我识别。雷达的工作原理是利用太空或大气中电磁波的传播与反射，它的工作环境只能是太空或大气。因为海水是电的良好导体，它使电磁能很快地以热的方式耗散掉。因此，在海水中，相同波长的电磁波比声波的衰减快得多。声呐的工作原理是利用声波的传播与反射，它的工作环境只能在水中和空气中，不能工作在太空，因为声波是机械波，它必须借助介质传播。目标的探测目标的探测是信号检测问题，即判断目标的有无。通常它也是目标参数测量的前提。我们把雷达或声呐接收到的目标回波或辐射波称为信号。信号的幅度与目标特性、传播损失、主动探测设备的发射功率、天线或基阵孔径（尺寸）有关。信号检测的背景是复杂的，如雷达中的热噪声、电磁干扰和雷达杂波；声呐中的海洋背景噪声、流噪声和平台自噪声，以及主动声呐中的混响等。雷达的杂波来自地面、云雨或海表面的不希望的电磁散射。主动声呐混响来自水体、海底和海面的不希望的声散射。它们不同于噪声和干扰，其强度随发射功率增大而增大。因此，雷达杂波和主动声呐混响具有相似的属性。信号检测的性能取