编写本书的动机来自于Artech出版社雷达系列丛书的主编Joe Guerci博士的
建议。他指出,多年以来我们积累了大量的研究成果、演讲材料和教程材料,不
难将其汇编成一本书。当然,实际上并没有那么简单,本书还需要花费大量的时
间来组织材料、编写、改编和检查。
第1章对历史的介绍表明,无源探测技术已经存在
长达90年。由于无源探测不需要专用的大功率发射机,并且通常结构
简单、成本低廉,因此非常适合于大学研究。世界各地的大学机构在这
方面进行了大量的研究,也在相关会议或杂志上发表了大量的论文及学术成果。
但总有一种感觉,无源探测系统“几乎表现的和真正的雷达一样好”,这似乎是
一种寻找问题的正确答案。在过去的5年中这一情况发生了变化,无源探测
技术也变得日益成熟。广播和通信中广泛应用的数字传输提供了更适合探测波形,频
谱拥挤的问题也为寻求利用现有辐射信号而不是增加频谱拥塞度的
传输技术提供了动力。
几十国家的商业公司已经投入资源开发比二十年前的实验系统性能更好、可靠性更高的无源探测系统。
在接下来的十多年内,
这项技术将会有进一步的发展。最后一章也指出了一些比较有前景的无源探测
技术的应用。
本书不是有各种冗杂公式的专著,目的是让对雷达原理有基
本认识的人理解和掌握无源探测的概念。重点是展示无源探测系统的基
本原理、关键技术和一些应用实例。同时,提供了详尽的文献以便让
具备基本知识的读者进行深入研究。本书借鉴了前
人出版的书籍和研究成果,其中最著名的是Nick Willis的《双基地雷达》,
在他的书中给出了双基地雷达的一般概念和介绍性的文字,本书中的许多章节有
所引用。
我们两位作者的职业生涯中有很大部分时间都是从事无源探测方面的研究,
很幸运和许多有才华的工程师合作,他们为技术的进步做出了独特的
贡献。在这个领域,有像世界社区的感觉,每个人都可以分享自己的想法和成果,
并且更进一步工作,相互促进。这是一个巨大的舞台,从事该领域
的千万工程师们就是这个舞台的演员,是他们的工作为我们提供了许多有意义的
灵感,帮助我们塑造了本书的灵魂。感谢每一个为此做出贡献的人,特别要感
谢我们的同事Matt Ritchie,Alessio Balleri,Graeme Smith,Andy Stove,Simon Wat
ts和Landon Garry。
我们特别感谢Joe Guerci博士对本书提出的建议以及Artech出版社Molly
Klemarczyk和Aileen Storry对本书出版过程中的关注。我们还要感谢在本书中给
予我们图片使用版权的众多作者、机构以及出版者;感谢阅读本书初稿并提出建
议、勘误的同事们。最后感谢我们的夫人,Morag和Janet,她们给予我们一贯的宽容
和鼓励。
由于能力有限,书中纰漏在所难免,望广大读者批评指正。
第1章概述1
1.1术语1
1.2历史3
1.3本书的研究方法及范围9
参考文献10
第2章无源探测系统原理13
2.1简介13
2.2双基地和多基地几何构型14
2.2.1覆盖16
2.2.2直达波信号对消17
2.3双基地距离和多普勒17
2.3.1距离测量18
2.3.2距离分辨率18
2.3.3多普勒测量21
2.3.4多普勒分辨率21
2.4多基地无源探测系统的距离和多普勒24
2.5多基地目标定位25
2.6双基地探测的距离方程26
_ueditor_page_break_tag_
2.7双基地目标特征和杂波特征29
2.8总结35
参考文献36
第3章照射源特性37
3.1模糊函数37
3.1.1双基地探测系统的模糊函数37
3.1.2FM无线电广播信号的带宽扩展41
3.2数字与模拟42
3.2.1模拟电视信号42
3.2.2失配滤波44
3.3数字编码的波形44
3.3.1正交频分复用45
3.3.2全球移动通信系统47
3.3.3长期演进系统47
3.3.4地面数字电视54
3.3.5WiFi和WiMAX55
3.3.6数字无线广播55
3.4垂直面覆盖57
3.5星载照射源59
_ueditor_page_break_tag_
3.5.1全球导航卫星系统59
3.5.2卫星电视60
3.5.3海事卫星61
3.5.4铱星系统62
3.5.5低轨雷达遥感卫星62
3.6雷达照射源64
3.7总结67
参考文献67
第4章直达波信号对消73
4.1简介73
4.2直达波信号干扰功率电平75
4.3直达波信号对消77
4.4总结83
参考文献84
第5章无源探测性能预测85
5.1简介85
5.2预测探测性能的参数85
5.2.1发射功率86
_ueditor_page_break_tag_
5.2.2双基地雷达的目标散射截面积86
5.2.3接收机噪声系数87
5.2.4积累增益88
5.2.5系统损耗89
5.3探测性能预测90
5.4预测性能和实测性能的比较95
5.5目标定位95
5.6先进的无源探测性能预测96
5.7总结96
参考文献97
第6章检测和跟踪99
6.1简介99
6.2恒定虚警率检测99
6.3目标位置估计101
6.3.1等距椭圆101
6.3.2到达时间差103
6.3.3距离-多普勒图105
_ueditor_page_break_tag_
6.4跟踪滤波107
6.4.1卡尔曼滤波107
6.4.2概率假设密度跟踪109
6.4.3多接收机无源跟踪110
6.5总结111
参考文献112
第7章一些系统和结果的举例114
7.1简介114
7.2模拟电视114
7.3FM广播115
7.3.1“寂静哨兵”雷达115
7.3.2Manastash Ridge雷达116
7.3.3最近使用FM广播发射机的实验117
7.3.4小结118
7.4手机基站118
7.5DVB-T和DAB120
7.6机载无源探测系统123
7.7高频天波传输127
7.8室内/WiFi定位128
_ueditor_page_break_tag_
7.9星载照射源132
7.9.1使用GPS和前向散射的早期实验132
7.9.2同步轨道卫星132
7.9.3双基地SAR132
7.9.4双基地ISAR134
7.9.5小结134
7.10低成本科学遥感135
7.10.1使用GNSS信号的海洋散射测量135
7.10.2陆基双基气象雷达136
7.10.3行星际雷达遥感136
7.11总结138
参考文献138
第8章未来的发展和应用145
8.1简介145
8.2频谱问题与共生雷达145
8.2.1频谱问题145
8.2.2共生雷达146
_ueditor_page_break_tag_
8.3无源探测在空管中的应用147
8.4无源探测的对抗措施148
8.4.1对抗措施148
8.4.2双基地拒止149
8.5目标识别和无源探测150
8.6老人看护和救生154
8.7低成本无源探测154
8.8智能自适应雷达网络156
8.9总结157
参考文献158