机载雷达是指装在飞机上的各种雷达的总称，主要用于控制和制导武器，实施空中警戒、侦察，保障准确航行和飞行安全。本书共9章，具体内容包括机载雷达概述和应用、雷达信号基本理论、雷达杂波特性及计算、脉冲多普勒雷达原理及处理、机载雷达目标检测、机载雷达数据处理、机载雷达阵列处理、机载雷达高分辨成像、机载雷达新技术及发展趋势。全书内容严谨，系统性强，可帮助从事机载雷达相关工作的技术人员掌握机载雷达主要体制和工作方式、信号处理中涉及的基本原理和信号检测方法，熟悉机载雷达目标探测时的处理流程和模式，理解工作环境与机载雷达探测性能的关系。本书可作为高等院校电子信息类专业的教材使用，也可作为从事雷达、机载雷达维修和使用等相关技术人员的参考书。

前 言 “机载雷达系统与信息处理”是学习机载雷达装备的基础课程。本书详细介绍机载雷达系统组成、工作原理、信号处理和数据处理方法、高分辨成像、阵列处理、新技术等内容，可以帮助从事机载雷达工作的相关技术人员掌握机载雷达的主要体制与工作方式、信号处理中涉及的基本原理和信号检测方法，熟悉机载雷达目标探测时的处理流程与模式，理解工作环境与机载雷达探测性能的关系。 本书分4个模块，共9章，具体说明如下。 1. 模块1——机载雷达概述和预备知识。包括第1章和第2章：第1章主要介绍机载雷达的基本概念和原理、工作体制，主要性能参数，以及机载雷达的典型装备及应用；第2章阐述雷达信号的基础理论，如雷达信号波形及参数、多普勒效应及频谱、脉冲压缩、模糊函数等，为后续的信号和数据处理奠定基础。 2. 模块2——机载雷达目标与环境的作用。只包括第3章：重点阐述雷达杂波分类及特性、杂波对雷达探测的影响、机载雷达杂波散射强度计算，以及典型的杂波特性等，强化关于环境对雷达探测性能的影响。 3. 模块3——机载雷达信号和数据处理。从杂波抑制、目标检测和跟踪三个方面展开，包括第4章至第6章：第4章主要介绍机载雷达杂波抑制方法，重点阐述机载雷达的典型信号处理体制，即脉冲多普勒（PD）体制，主要介绍PD雷达的组成与工作原理、PD雷达回波谱、动目标显示（MTI）、动目标检测（MTD）、PD雷达工作方式及比较；第5章主要介绍机载雷达目标检测技术，主要包括雷达信号检测过程、时域杂波图检测技术、恒虚警（CFAR）检测；第6章阐述目标检测后的数据处理技术，主要包括雷达数据处理、雷达跟踪、信息融合技术。 4. 模块4——先进机载雷达系统及技术。主要针对机载雷达新体制和新技术展开，包括第7章至第9章：第7章主要介绍机载雷达阵列处理，主要包括阵列雷达、数字波束形成和空时自适应处理（STAP）技术；第8章介绍机载雷达高分辨成像技术，包括合成孔径雷达（SAR）和逆合成孔径雷达（ISAR）成像原理；第9章对机载雷达技术和系统及应用的发展趋势进行展望与分析。 本书的主要特点如下。 1. 采用思维导图进行知识点梳理。机载雷达技术涉及信号处理、雷达系统、雷达原理等多门课程内容，知识点多且杂，初学者理解较为困难，为此，按照章节-专题-全书的体系，由小到大、由粗到细，配备思维导图，梳理相关知识点，形成较为系统的概念体系。 2. 雷达图片素材和原理仿真结果丰富。编著者团队长期从事雷达尤其是机载雷达的科研和教学工作，在书中提供大量的图片和仿真素材，方便读者加深理解。 3. 与科研成果紧密结构。编著者团队承担了国家自然科学基金、军委装备预研、山东省重点研发等课题，部分研究成果融入本书内容，如雷达实测数据的处理结果等，保证了技术内容的前沿性和实用性。 本书自2016年以来以讲义形式在近10期的本科教学中得到应用，效果较好，并于2020年列入军队重点学科“海空预警侦察”教材建设目录。本书由陈小龙编写第1章、第3章、第4章、第8章、第9章，由薛永华编写第2章、第7章，由张林和黄勇编写第5章和第6章，全书由陈小龙统稿。本书得到了学校领导张海、关键、李亮等和诸多同仁的指导与帮助，在此致以诚挚的谢意。在编写过程中参考了许多国内外文献资料和兄弟院校的有关教材，在此对原作者表示衷心的感谢。 机载雷达技术和体制一直在不断升级改进，且机载雷达信号和数据处理本身涉及的理论内容较多，由于编著者学识和水平所限，书中难免有不当及疏漏之处，敬请读者批评指正。 编著者 2021年4月

目 录 第1章 机载雷达概述和应用 1 1.1 机载雷达基本概念和原理 1 1.1.1 无线电探测 1 1.1.2 确定目标位置 3 1.1.3 确定目标速度 6 1.1.4 高分辨处理 7 1.2 机载雷达的工作体制 9 1.2.1 脉冲雷达 9 1.2.2 脉冲多普勒雷达 14 1.2.3 电扫阵列雷达 18 1.3 机载雷达的性能参数 20 1.3.1 雷达的工作频率 20 1.3.2 雷达的主要战术指标 23 1.3.3 雷达的主要技术指标 26 1.4 机载雷达的发展与应用 29 1.4.1 雷达的分类 29 1.4.2 雷达的“四大威胁” 30 1.4.3 机载雷达的发展 33 1.4.4 机载雷达的应用 41 小结 58 思考题 59 参考文献 60 第2章 雷达信号基本理论 61 2.1 引言 61 2.2 匹配滤波 61 2.2.1 带通信号的复表示 61 2.2.2 匹配滤波器的基本概念 62 2.2.3 简单脉冲的匹配滤波 64 2.2.4 窄带信号的匹配滤波 65 2.3 模糊函数 66 2.3.1 模糊函数的定义 66 2.3.2 模糊函数的基本特性 67 2.3.3 模糊函数的物理意义 68 2.3.4 距离模糊函数和多普勒频移模糊函数 69 2.3.5 模糊函数与雷达的分辨率 69 2.4 常用雷达信号及其模糊函数 71 2.4.1 单频矩形脉冲 71 2.4.2 相参脉冲串 73 2.4.3 线性调频脉冲 78 2.4.4 相位编码脉冲 82 2.5 脉冲压缩的数字实现 89 2.5.1 数字波形的产生 89 2.5.2 数字脉冲压缩 89 小结 91 思考题 91 参考文献 92 第3章 雷达杂波特性及计算 93 3.1 雷达杂波 93 3.1.1 杂波的定义和分类 93 3.1.2 杂波的特点 93 3.1.3 杂波对雷达系统设计的影响 94 3.2 杂波散射系数 94 3.3 典型面杂波及其特点 96 3.3.1 地杂波 96 3.3.2 海杂波 98 3.4 典型体杂波及特点 111 3.4.1 体杂波形成机理 111 3.4.2 体杂波的特点 112 3.4.3 体杂波散射特性 112 3.5 面杂波和体杂波散射强度计算 112 3.5.1 机载雷达面杂波散射强度计算 112 3.5.2 机载雷达体杂波散射强度计算 113 小结 114 思考题 114 参考文献 114 第4章 脉冲多普勒雷达原理及处理 116 4.1 基本概念 116 4.1.1 多普勒效应 117 4.1.2 雷达如何测速 118 4.1.3 信号时域和频域 119 4.2 脉冲多普勒雷达回波谱 122 4.2.1 脉冲多普勒雷达的适用范围及特点 122 4.2.2 脉冲多普勒雷达的多普勒频移 124 4.2.3 脉冲多普勒雷达回波谱组成 125 4.2.4 回波谱与目标速度的关系 129 4.3 测距和测速模糊 131 4.3.1 测距模糊 131 4.3.2 测速模糊 138 4.4 脉冲多普勒雷达PRF的选择 139 4.4.1 机载雷达的主要任务 139 4.4.2 低PRF模式 140 4.4.3 中PRF模式 140 4.4.4 高PRF模式 141 4.4.5 三种工作模式比较 142 4.5 动目标显示 144 4.5.1 动目标显示原理 144 4.5.2 动目标显示滤波器 146 4.5.3 自适应MTI 149 4.6 动目标检测 150 4.6.1 动目标检测原理 150 4.6.2 多普勒滤波器组 151 4.6.3 零径向速度目标的检测 152 4.6.4 动目标检测系统框图 153 4.7 典型机载多普勒脉冲雷达信号处理 154 4.7.1 信号处理流程1（低PRF模式） 154 4.7.2 信号处理流程2（中PRF模式） 157 4.7.3 信号处理流程3（高PRF模式） 159 小结 162 思考题 162 参考文献 163 第5章 机载雷达目标检测 164 5.1 雷达信号检测过程 164 5.1.1 概述 164 5.1.2 雷达方程 165 5.1.3 雷达探测距离的影响因素 167 5.1.4 最小可检测信号 169 5.1.5 机载雷达信号检测过程 171 5.1.6 信号积累对探测距离的影响 172 5.2 时域杂波图检测技术 177 5.3 恒虚警检测 182 5.3.1 概述 182 5.3.2 均值类CFAR检测 182 5.3.3 非参量CFAR检测 187 5.3.4 自适应CFAR检测 193 小结 196 思考题 198 参考文献 198 第6章 机载雷达数据处理 199 6.1 雷达数据处理概述 199 6.1.1 雷达数据处理的历史与现状 199 6.1.2 雷达数据处理的目的和意义 200 6.1.3 雷达数据处理的基本概念 201 6.1.4 系统模型 209 6.2 量测数据预处理技术 212 6.2.1 坐标变换 212 6.2.2 野值剔除技术 214 6.2.3 数据压缩技术 215 6.3 目标跟踪中的航迹起始 218 6.3.1 航迹起始波门的形状和尺寸 218 6.3.2 航迹起始算法 221 6.4 目标跟踪方法（卡尔曼滤波器） 222 6.4.1 系统模型 222 6.4.2 滤波模型 223 6.4.3 卡尔曼滤波器的初始化 226 6.4.4 卡尔曼滤波算法应用举例 228 6.4.5 卡尔曼滤波器应用中应注意的问题 229 6.5 机载雷达常用跟踪模式 230 6.5.1 单目标跟踪 231 6.5.2 多目标跟踪 233 6.6 信息融合技术 240 小结 242 思考题 243 参考文献 243 第7章 机载雷达阵列处理 244 7.1 引言 244 7.2 相控阵的基本原理 244 7.3 相控阵的分类和特点 249 7.3.1 相控阵的分类 249 7.3.2 相控阵的特点 252 7.3.3 机载有源相控阵雷达应用举例 255 7.4 数字阵列雷达技术 260 7.4.1 数字阵列雷达的基本概念 260 7.4.2 数字阵列雷达的分类 263 7.5 数字波束形成技术 265 7.5.1 常规数字波束形成 265 7.5.2 自适应数字波束形成 268 7.6 空时自适应处理技术 271 7.6.1 空时自适应基本原理 271 7.6.2 空时自适应处理性能度量 275 7.6.3 采样支持和SMI 281 7.6.4 降维STAP 282 小结 284 思考题 284 参考文献 284 第8章 机载雷达高分辨成像 286 8.1 雷达成像及其发展概况 286 8.2 雷达成像的基本原理 289 8.2.1 逆合成孔径技术 289 8.2.2 合成孔径技术 291 8.3 SAR成像 293 8.3.1 SAR原理 293 8.3.2 SAR的横向分辨率 299 8.3.3 RAR和SAR的比较 302 8.3.4 SAR的成像模式 303 8.4 ISAR成像 306 8.4.1 ISAR基本原理 307 8.4.2 ISAR成像关键技术 313 8.4.3 ISAR成像技术的优缺点 320 小结 321 思考题 322 参考文献 322 第9章 机载雷达新技术及发展趋势 323 9.1 雷达目标检测新技术 323 9.1.1 雷达目标检测技术面临的主要难点 323 9.1.2 雷达目标检测技术分类综述 325 9.1.3 雷达目标检测新技术 332 9.1.4 雷达目标检测发展趋势 335 9.2 机载雷达系统发展趋势 337 9.2.1 机载雷达发展历程 337 9.2.2 机载对海探测雷达发展需求 341 9.2.3 机载雷达技术发展 343 9.2.4 机载对海探测雷达装备形态预测 346 小结 347 思考题 348 参考文献 348