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精密跟踪测量雷达技术

作译者：马林,杨文军,程望东等

出版时间：2024-01 千字数：761 版次：01-01 页数：572

开本：16开装帧： I S B N ：9787121459245

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纸质书定价：￥220.0

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第1章  跟踪测量雷达系统概论	001
1.1  跟踪测量雷达及其发展	002
1.1.1  雷达概述	002
1.1.2  雷达目标跟踪方式	006
1.1.3  跟踪测量雷达的发展	007
1.2  跟踪测量雷达应用及原理	015
1.2.1  跟踪测量雷达的应用和分类	015
1.2.2  跟踪测量雷达组成	018
1.2.3  单脉冲跟踪测量雷达原理和主要技术	019
1.2.4  相控阵跟踪测量雷达原理和主要技术	024
1.3  跟踪测量雷达目标角度测量与跟踪方法	027
1.3.1  波束转换技术	028
1.3.2  圆锥扫描技术	029
1.3.3  单脉冲技术	030
1.4  雷达目标距离测量与跟踪方法	030
1.4.1  目标距离与回波延迟	031
1.4.2  脉冲法测距	031
1.4.3  频率法测距	032
1.4.4  相位法测距	033
1.5  目标速度的测量与跟踪方法	035
1.5.1  连续波多普勒速度测量与跟踪	036
1.5.2  脉冲多普勒速度测量与跟踪	036
参考文献	037
第2章  雷达跟踪测量理论基础	038
2.1  跟踪测量雷达方程	039
2.1.1  概述	039
2.1.2  基本雷达方程	040
2.1.3  反射式跟踪测量雷达方程	041
2.1.4  应答式跟踪测量雷达方程	043
2.1.5  信标式跟踪测量雷达方程	043
2.2  跟踪测量雷达的基本测量精度	044
2.2.1  探测、分辨与测量	044
2.2.2  跟踪测量雷达参数测量模型	045
2.2.3  跟踪测量雷达测量理论与精度	047
2.3  目标截获与跟踪	052
2.3.1  搜索截获	052
2.3.2  引导	057
2.3.3  动态跟踪	060
2.4  目标特性测量与识别	063
2.4.1  典型目标特性与分类	063
2.4.2  常见目标特性的测量方法	065
2.4.3  目标分类与识别	071
参考文献	074
第3章  单脉冲技术体制	075
3.1  概述	076
3.2  单脉冲理论	077
3.2.1  单脉冲复比	077
3.2.2  单脉冲复比及数字处理	079
3.2.3  理想单脉冲系统模型	080
3.3  单脉冲系统基本实现形式	081
3.3.1  角度敏感器和角信息变换器	082
3.3.2  角度鉴别器	084
3.3.3  基本实现形式	088
3.4  单脉冲系统其他实现形式	092
3.4.1  误差通道合并双通道单脉冲系统	092
3.4.2  和差通道合并双通道单脉冲系统	093
3.4.3  幅相组合双通道单脉冲系统	093
3.4.4  圆锥单脉冲系统	094
3.4.5  脉冲多普勒体制下的单通道和双通道单脉冲系统	095
参考文献	096
第4章  跟踪测量雷达测量精度分析	097
4.1  概述	098
4.1.1  一般要求	098
4.1.2  雷达目标的测量误差	099
4.1.3  测量误差的一般模型	099
4.1.4  几种误差表示形式	100
4.2  角度跟踪测量误差	101
4.2.1  与雷达相关的跟踪误差	102
4.2.2  与雷达相关的转换误差	114
4.2.3  与目标相关的跟踪误差	118
4.2.4  电波传播误差	121
4.2.5  雷达测角精度计算	125
4.3  距离跟踪测量误差	127
4.3.1  与雷达相关的跟踪误差	128
4.3.2  与雷达相关的转换误差	131
4.3.3  与目标相关的跟踪误差	132
4.3.4  电波传播误差	134
4.3.5  雷达测距精度计算	135
4.4  速度跟踪测量误差	138
4.4.1  与雷达相关的跟踪误差	139
4.4.2  与雷达相关的转换误差	141
4.4.3  与目标相关的跟踪误差	142
4.4.4  电波传播误差	143
4.4.5  雷达测速精度计算	143
4.5  RCS测量方法与误差	145
4.5.1  RCS测量方法	145
4.5.2  RCS测量误差	147
4.6  极化测量误差	148
参考文献	150
第5章  跟踪测量雷达天线技术	151
5.1  概述	152
5.2  跟踪测量雷达天线性能	152
5.2.1  和波束性能	153
5.2.2  差波束性能	156
5.2.3  其他性能	157
5.3  单脉冲反射面天线技术	158
5.3.1  概述	158
5.3.2  单脉冲反射面天线的几种主要形式	158
5.3.3  卡塞格伦天线设计	162
5.3.4  单脉冲抛物面天线设计举例	170
5.3.5  单脉冲馈源技术	171
5.4  单脉冲空间馈电相控阵天线技术	177
5.4.1  概述	177
5.4.2  单脉冲空间馈电相控阵天线效率	179
5.4.3  单脉冲空间馈电相控阵馈电方式设计	181
5.4.4  单脉冲空间馈电相控阵天线阵面和单元设计	184
5.4.5  单脉冲空间馈电相控阵天线的设计举例	191
5.5  有源相控阵天线技术	197
5.5.1  概述	198
5.5.2  有源相控阵雷达天线原理	199
5.5.3  有源相控阵天线设计	199
5.5.4  T/R组件技术	202
5.5.5  设计举例	206
5.5.6  数字阵列天线	207
参考文献	209
第6章  跟踪测量雷达接收技术	210
6.1  概述	211
6.1.1  跟踪测量雷达接收机功能	211
6.1.2  跟踪测量雷达接收机的基本组成	212
6.1.3  跟踪测量雷达接收机的主要技术参数	214
6.2  接收机主要指标分析	215
6.2.1  接收机灵敏度、噪声系数	216
6.2.2  动态范围	218
6.2.3  接收机混频器的组合频率干扰	220
6.2.4  接收机各级电路增益分配	223
6.3  跟踪测量雷达接收机测角归一化	226
6.4  数字化接收机	228
6.4.1  数字化接收机的灵敏度	231
6.4.2  数字化接收机的动态范围	232
6.5  宽带接收机	236
6.5.1  宽带接收机架构	236
6.5.2  宽带接收机设计	239
6.5.3  宽带接收机补偿原理	240
参考文献	246
第7章  距离跟踪测量技术	247
7.1  概述	248
7.1.1  距离跟踪测量原理	248
7.1.2  目标检测原理	251
7.1.3  测距机的特点及发展	253
7.2  测距机功能、指标及组成	255
7.2.1  测距机功能	255
7.2.2  测距机指标	257
7.2.3  测距机组成	258
7.3  距离跟踪流程设计	260
7.3.1  距离跟踪处理流程	260
7.3.2  回波数据预处理	261
7.3.3  航迹处理	261
7.3.4  基于?-? 滤波器的距离跟踪回路	262
7.3.5  卡尔曼滤波器	263
7.4  距离模糊与避盲	264
7.4.1  距离模糊与距离盲区	264
7.4.2  用M序列消除距离模糊	266
7.4.3  避盲	267
7.5  应答反射转换和多站工作	269
7.5.1  应答反射转换和多站工作原理	269
7.5.2  应答反射转换方法	270
7.5.3  多站工作原理	270
7.6  波束内多目标检测与跟踪技术	271
7.6.1  群目标检测	272
7.6.2  多目标跟踪	275
参考文献	277
第8章  角度精密跟踪伺服技术	278
8.1  概述	279
8.1.1  伺服系统作用与特点	279
8.1.2  伺服系统组成与工作原理	280
8.1.3  伺服系统技术发展	282
8.1.4  伺服系统主要技术指标	283
8.2  伺服系统设计	287
8.2.1  伺服系统静态设计	287
8.2.2  伺服系统动态设计	298
8.2.3  船载跟踪测量雷达伺服系统的设计	318
8.2.4  数字伺服系统	332
8.2.5  伺服系统对天线座的要求	341
8.3  伺服系统误差分析	342
8.3.1  伺服系统稳态误差分析	342
8.3.2  伺服系统跟踪误差分析	347
8.3.3  结构因素对伺服系统的影响	350
8.3.4  提高伺服系统性能的措施	353
8.4  伺服系统性能测试	359
参考文献	363
第9章  脉冲多普勒速度跟踪测量技术	364
9.1  概述	365
9.1.1  脉冲多普勒测速功能及原理	365
9.1.2  测速系统构成框图	367
9.1.3  脉冲多普勒测速主要性能指标	368
9.2  脉冲多普勒跟踪回路及其组成	370
9.3  脉冲多普勒测速的几个问题	373
9.3.1  高加速度运动目标的捕获	373
9.3.2  脉冲多普勒测速模糊产生的原因	374
9.3.3  脉冲多普勒测速模糊的消除	375
9.4  其他脉冲多普勒测速方法	376
9.4.1  单载频测速	376
9.4.2  脉冲多普勒测速	379
参考文献	383
第10章  雷达目标特性测量技术	384
10.1  概述	385
10.2  跟踪测量雷达运动特性测量及应用	385
10.2.1  轨道特征测量及应用	385
10.2.2  质阻比测量及应用	387
10.2.3  微动特性测量及应用	391
10.3  跟踪测量雷达RCS特性测量及应用	394
10.3.1  RCS测量	394
10.3.2  RCS标定	396
10.3.3  RCS特征提取及识别应用	398
10.4  跟踪测量雷达极化特性测量及应用	410
10.4.1  窄带极化特性	410
10.4.2  宽带极化特性	411
10.4.3  极化测量	412
10.4.4  极化标定	414
10.4.5  极化特性应用	422
10.5  跟踪测量雷达宽带特性测量及应用	426
10.5.1  目标宽带特性表征	426
10.5.2  高分辨率一维距离像特征	427
10.5.3  二维ISAR像特征	431
10.5.4  宽带标定	434
10.5.5  宽带特征提取及应用	435
参考文献	451
第11章  单脉冲精密跟踪测量雷达系统	455
11.1  概述	456
11.2  单脉冲跟踪测量雷达主要功能和性能	457
11.2.1  单脉冲跟踪测量雷达的特点	457
11.2.2  单脉冲跟踪测量雷达的主要应用	457
11.2.3  单脉冲跟踪测量雷达的主要功能	458
11.2.4  单脉冲跟踪测量雷达的主要性能	459
11.3  单脉冲跟踪测量雷达系统的组成与工作原理	461
11.3.1  系统框图与工作原理	461
11.3.2  单脉冲天线与天线座	463
11.3.3  发射机	465
11.3.4  相参频率源与接收机	467
11.3.5  信号处理机	468
11.3.6  距离跟踪系统（测距机）	469
11.3.7  角跟踪伺服及传感系统	469
11.3.8  速度跟踪系统	470
11.3.9  数据采集与处理机	471
11.4  单脉冲跟踪测量雷达的工作方式	471
11.4.1  截获	471
11.4.2  跟踪	472
11.4.3  回波选择	473
11.4.4  多站工作	474
11.4.5  杂波对消	474
11.4.6  宽窄带测量	474
11.5  单脉冲跟踪测量雷达的系统设计	474
11.5.1  概述	474
11.5.2  工作频段的选择	475
11.5.3  雷达跟踪距离的设计	476
11.5.4  雷达跟踪测量精度的设计	478
11.5.5  极化选择	485
11.5.6  信号形式的设计	485
参考文献	487
第12章  连续波跟踪测量雷达系统	488
12.1  概述	489
12.2  连续波跟踪测量雷达系统主要类型	490
12.3  连续波跟踪测量雷达系统总体设计	491
12.3.1  总体设计原则	491
12.3.2  测量体制	492
12.3.3  射频频段（率）	493
12.3.4  载频调制方式	494
12.3.5  测量站站址布设	494
12.4  连续波跟踪测量雷达系统主要组成	495
12.4.1  合作目标	495
12.4.2  地面设备	495
12.4.3  系统软件	496
12.5  连续波跟踪测量雷达系统基本原理	496
12.5.1  目标的捕获与跟踪	496
12.5.2  连续波测速原理	497
12.5.3  连续波测距原理	500
12.5.4  目标弹道解算处理	507
12.6  连续波干涉仪跟踪测量雷达系统设计	513
12.6.1  连续波干涉仪跟踪测量雷达系统的组成	513
12.6.2  测量体制选择	514
12.6.3  载频调制方式选择	514
12.6.4  基带信号设计	514
12.6.5  距离零值校准	516
12.6.6  基线传输	517
12.6.7  测量信息的录取和记录	518
12.6.8  测量准确度	518
12.7  连续波测速跟踪测量雷达系统	519
12.7.1  连续波测速跟踪测量雷达系统的组成	519
12.7.2  测量体制	520
12.7.3  射频频率选择	520
12.7.4  信号体制	520
12.7.5  测量站布站优化	520
12.7.6  测量精度	521
参考文献	522
第13章  相控阵跟踪测量雷达系统	523
13.1  概述	524
13.2  相控阵跟踪测量雷达的主要功能与性能	525
13.2.1  特点	525
13.2.2  主要应用	528
13.2.3  主要功能	528
13.2.4  主要性能	529
13.3  相控阵跟踪测量雷达系统组成与工作原理	534
13.3.1  相控阵跟踪测量雷达系统框图与工作原理	534
13.3.2  相控阵天线阵面和电扫描波束控制器	537
13.3.3  收/发组件	539
13.3.4  天线座和角伺服系统	540
13.3.5  信号处理	541
13.3.6  数据处理	541
13.4  相控阵跟踪测量雷达多目标跟踪测量性能	542
13.4.1  电扫描范围	542
13.4.2  多目标跟踪数量	543
13.4.3  相控阵跟踪测量雷达的跟踪测量与成像	544
13.4.4  多目标跟踪测量精度	545
13.5  相控阵跟踪测量雷达系统工作方式	547
13.5.1  单脉冲机械跟踪方式与电扫描跟踪方式	547
13.5.2  相控阵雷达的跟踪过程	548
13.5.3  多任务工作方式	550
13.5.4  信号形式设计	550
参考文献	553

前  言



跟踪测量雷达诞生于20世纪40年代。第二次世界大战期间，美国研制的中等测量精度、采用圆锥扫描技术、用于火炮控制的SCR-584雷达，实现了对空中飞行目标的连续自动跟踪和对火炮射击的控制，其角跟踪测量精度大约是2mrad，距离跟踪测量精度为几十米。即使这种中等精度的跟踪测量雷达也使当时的高炮射击命中率提高近两个数量级。
随着导弹、卫星、航天技术的发展，中等精度的跟踪测量雷达逐渐满足不了不断发展的跟踪测量任务的要求，因而催生了20世纪50年代后期诞生的精密跟踪测量雷达。1956年，首台高精度单脉冲跟踪测量雷达在美国研制成功，从而开创了精密跟踪测量雷达广泛应用和不断发展的时代。今天，精密跟踪测量雷达不仅广泛地应用于各类武器控制（火控）和各类试验靶场（武器系统效能评估），而且还广泛地用于远程空间目标的探测、跟踪和识别领域，以及最先进的武器控制系统（如美国导弹防御系统中的GBR雷达）。
我国跟踪测量雷达研制起步于20世纪60年代，为我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”的发射做出了贡献，后续又成功研制了船载精密跟踪测量雷达，将地面测量站点由内陆延伸到了大洋。进入21世纪，精密跟踪测量雷达已经不仅是在给定空域探测和高精度测量目标的坐标和轨迹，还具备了在复杂电磁环境下对多目标进行高分辨率测量、目标特性测量、目标成像、目标识别的能力，探测范围也由近地轨道目标扩展到高轨目标，为我国载人航天、北斗系统、探月工程、空间站和战略武器的发展发挥了重要作用。
本书是“雷达技术丛书”中的一册。随着人类社会信息化、智能化的发展，精密跟踪测量雷达越来越多地应用于军事、经济、社会等诸多领域，本书全面介绍了精密跟踪测量雷达的原理和系统发展、专业技术和工程实践，以及跟踪测量雷达的特点和系统知识；给出大量工程设计常用公式、曲线、图表和数据及设计方法；并着重介绍了精密跟踪测量雷达近20年发展的主要成果：一是在对目标距离、角度和速度进行精密跟踪测量的基础上，实现了对目标特性的测量，包括测量目标RCS特性、极化特性、高分辨率距离像和ISAR像等；二是随着相控阵雷达技术的发展，特别是固态有源相控阵雷达技术的发展，相控阵体制的精密跟踪测量雷达的系统与应用设计。
本书共分13章，第1章为跟踪测量雷达系统概论，阐述了跟踪测量雷达系统的内涵、应用、发展以及角度、距离、速度跟踪测量方法。第2章为雷达跟踪测量理论基础，包括跟踪测量雷达方程、雷达测量精度以及雷达跟踪与截获目标、目标特性及其测量的基本知识。第3章介绍单脉冲技术体制，包括单脉冲理论、单脉冲系统基本实现形式及各种单脉冲系统的变化实现形式。第4章为跟踪测量雷达测量精度分析，包括影响雷达测量精度各种误差因素的分析与设计计算。第5章介绍跟踪测量雷达天线技术，重点描述单脉冲卡塞格伦天线和相控阵天线的技术及设计。第6章为跟踪测量雷达接收技术，以数字化单脉冲雷达接收技术为重点，介绍了角误差信号归一化处理、数字化误差提取以及宽带接收机等的技术和设计。第7、8、9章分别介绍了距离跟踪测量技术、角度精密跟踪伺服技术和脉冲多普勒速度跟踪测量技术及工程设计方法。第10章为雷达目标特性测量技术，重点介绍了雷达目标特性的基本内涵、目标特性测量方法，阐述了目标RCS、极化特性和宽带特性的测量方法及其在雷达系统中的设计应用。从第11章开始，从雷达系统的角度，分别介绍了三种典型体制的跟踪测量雷达系统的功能、性能、组成和工作原理，以及系统设计方法。分别是，第11章单脉冲精密跟踪测量雷达系统，第12章连续波跟踪测量雷达系统，第13章相控阵跟踪测量雷达系统。
全书由马林牵头组织编写。第1章由马林编写，第2章由谢洁编写，第3章由杨文军、张锐编写，第4章由马林、杨文军编写，第5章由朱瑞平编写，第6章由陈泳编写，第7、9章由史江勇、蔡玖良编写，第8章由程望东编写，第10章由马林、肖靖编写，第11章由杨文军、柯长海编写，第12章由王先发编写，第13章由马林、赵绍颖编写。全书由马林统稿、修改和定稿。
在本书编写过程中，得到了王小谟院士、张光义院士等院士和专家的热心指导、审阅和帮助，得到了中国电子科技集团公司及第十四研究所领导、第二十七研究所领导的大力支持，以及电子工业出版社刘宪兰老师的精心帮助和电子工业出版社领导的支持，在此表示衷心感谢。
虽然我们在编写本书时力求准确严谨，但由于水平和知识的限制，书中缺点和错误难免，诚挚希望相关领域的专家和读者批评指正。

马林   
2022年10月

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