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內容簡介

　　低截獲概率機載雷達信號處理是雷達信號處理領域的一個重要分支。它是現代隱身飛機平衡設計的重要環節，是實現飛機綜閤隱身的必要條件。《低截獲概率機載雷達信號處理技術》共分8章，介紹瞭低截獲概率機載雷達的發展曆程、目標跟蹤常用算法、共形陣列天綫方嚮圖綜閤原理和低截獲概率機載雷達仿真驗證軟件的設計，分析討論瞭評估低截獲性能的錶徵參量、根據先驗知識的目標搜索策略、目標跟蹤時的雷達自適應采樣間隔和駐留時間設計、無源探測器輔助或多機協同的雷達輻射資源管理，以及復雜波形的低截獲性能。

內頁插圖

目錄

前言
第1章 引言
1.1 研究背景
1.2 低截獲概率雷達
1.3 低截獲概率雷達信號處理
1.4 本書的內容安排
參考文獻

第2章 低截獲概率雷達性能評估
2.1 截獲因子
2.2 截獲概率
2.3 低截獲概率雷達信號
2.3.1 綫性調頻類信號
2.3.2 Costas頻率編碼信號
2.3.3 低截獲概率雷達信號性能評估
2.4 本章小結
參考文獻

第3章 低截獲概率雷達數據處理基礎
3.1 目標運動模型
3.1.1 勻速模型
3.1.2 勻加速模型
3.1.3 協調轉彎模型
3.1.4 Singer模型
3.1.5 當前統計模型
3.2 卡爾曼濾波算法
3.3 擴展卡爾曼濾波算法
3.4 不敏卡爾曼濾波算法
3.5 粒子濾波算法
3.6 容積卡爾曼濾波算法
3.7 積分卡爾曼濾波算法
3.8 交互式多模型算法
參考文獻

第4章 共形陣列天綫方嚮圖綜閤
4.1 共形陣列天綫概論
4.1.1 共形陣列天綫技術
4.1.2 共形陣列天綫的方嚮圖綜閤
4.2 共形陣列天綫方嚮圖綜閤與分析
4.2.1 共形陣列天綫方嚮圖綜閤的數學模型
4.2.2 共形陣列天綫參數對方嚮圖的影響
4.3 共形陣列天綫的低副瓣方嚮圖綜閤
4.3.1 多目標優化算法
4.3.2 MOPSO算法實現低副瓣方嚮圖綜閤
4.3.3 改進的MOPSO算法實現低副瓣方嚮圖綜閤
參考文獻

第5章 低截獲概率雷達資源優化設計
5.1 有先驗知識時的搜索能量控製
5.1.1 算法描述
5.1.2 仿真結果與分析
5.2 無先驗知識時的能量搜索控製
5.2.1 算法描述
5.2.2 仿真結果與分析
5.3 目標跟蹤時的采樣間隔分級
5.3.1 目標協方差矩陣估計
5.3.2 目標跟蹤時的采樣間隔分級設計
5.3.3 仿真結果與分析
5.4 目標跟蹤時的采樣間隔自適應設計
5.4.1 采樣間隔資源管理模型
5.4.2 采樣間隔自適應設計
5.4.3 仿真結果與分析
5.5 交互式多模型容積卡爾曼濾波
5.5.1 目標協方差矩陣估計
5.5.2 仿真結果與分析
5.6 改進的IMMPDA目標跟蹤
5.6.1 單目標跟蹤時的駐留時間自適應設計
5.6.2 仿真結果與分析
5.6.3 多目標跟蹤時的駐留時間采樣間隔聯閤自適應設計
5.6.4 仿真結果與分析
5.7 優化設計中參數對算法的影響
5.7.1 分辨係數對算法的影響
5.7.2 速度慣性權重對算法的影響
5.7.3 認知權重和社會學習權重對算法的影響
5.8 機載雷達組網目標跟蹤
5.8.1 機載雷達組網係統模型
5.8.2 機載雷達組網係統跟蹤時的低截獲優化模型
5.8.3 仿真結果及分析
參考文獻

第6章 低截獲概率雷達輻射功率控製
6.1 基於目標特徵的功率自適應控製
6.1.1 雷達檢測概率與目標距離目標RCS之間的關係
6.1.2 目標跟蹤時功率自適應控製
6.1.3 仿真結果與分析
6.2 相控陣雷達功率分級原則的設計
6.2.1 功率分級原則的確定
6.2.2 基於MVDR的波束形成
6.2.3 綫陣的功率分級
6.2.4 麵陣的功率分級優化設計
6.2.5 改進的粒子群多目標優化
6.2.6 仿真結果與分析
6.3 寬帶發射波束的零陷控製
6.3.1 寬帶發射波束的零陷設計
6.3.2 仿真結果與分析
6.4 基於協方差控製的機載無源係統協同跟蹤
6.4.1 交互式多模型協方差控製
6.4.2 仿真結果與分析
6.5 基於信息增量和機動特性的機載無源係統協同跟蹤
6.5.1 改進的IMMPF目標跟蹤
6.5.2 信息增量與機動特性控製
6.5.3 仿真結果與分析
6.6 基於編隊的多傳感器協同目標跟蹤
6.6.1 時差法多站無源目標跟蹤
6.6.2 基於編隊的多傳感器協同目標跟蹤
6.6.3 仿真結果與分析
參考文獻

第7章 雷達信號波形低截獲性能分析
7.1 對稱三角綫性調頻連續波雷達工作原理分析
7.2 對稱三角綫性調頻連續波的低截獲性能分析
7.2.1 綫性調頻連續波與脈衝多普勒雷達性能比較
7.2.2 對稱三角綫性調頻連續波頻譜分析
7.3 基於相關接收機的噪聲信號雷達原理
7.4 噪聲調製連續波雷達信號特性分析
7.4.1 高斯噪聲相位調製連續波雷達信號特性
7.4.2 高斯噪聲頻率調製連續波雷達信號波形特性
7.5 噪聲調製對稱三角綫性調頻連續波設計與性能分析
7.5.1 噪聲調製對稱三角綫性調頻連續波波形設計
7.5.2 兩類信號的模糊函數圖比較分析
7.5.3 兩類信號波形統計平均信噪比
7.6 Costas/PSK連續波雷達信號波形設計
7.6.1 三種完全跳頻碼FSK序列
7.6.2 Costas陣列的構造方法
7.6.3 PSK相位編碼序列構造
7.6.4 Costas/PSK連續波雷達信號波形設計
7.6.5 Costas/PSK連續波雷達信號波形模糊函數
7.7 Costas/PSK連續波雷達信號特性分析
參考文獻

第8章 低截獲概率雷達軟件仿真係統
8.1 概述
8.1.1 機載雷達低截獲概率軟件係統組成
8.1.2 係統仿真流程
8.2 機載雷達子係統
8.2.1 子係統的模塊化劃分
8.2.2 輸入輸齣接口設計
8.3 子係統的詳細設計
8.3.1 迴波模擬模塊
8.3.2 天綫方嚮圖模塊
8.3.3 信號處理模塊
8.3.4 數據處理模塊
8.3.5 子係統軟件仿真流程
參考文獻

精彩書摘

　　《低截獲概率機載雷達信號處理技術》：
　　第1章 引言
　　1.1 研究背景第一代隱身飛機是美國洛剋希德 馬丁公司設計生産的F-117。美國於1989年入侵巴拿馬時，F-117第一次投入實戰。F-117具有優良的雷達隱身性能，但不具備可見光隱身，未裝配機載雷達。2006年之後，F-117逐漸被B-2、F-22、F-35等更先進的隱身飛機取代。F-22隱身戰鬥機上配備瞭AN/APG-77雙模式機載火控雷達。該雷達工作在X波段（8～12.5GHz），采用主動電子掃描陣列（ActiveElectronicallyScannedArray，AESA）天綫係統、低截獲概率雷達發射波形和先進的發射功率控製策略。F-35戰鬥機配備的AN/APG-81雙模式機載火控雷達亦采用瞭主動電子掃描陣列天綫係統和更先進的低截獲概率策略。
　　近年來，無源探測定位係統對戰鬥機已構成瞭嚴重威脅。無源探測係統（無源態勢感知、電子情報係統ELINT、信號情報係統SIGINT、電子支援措施ESM、反輻射導彈ARM等）對戰鬥機的探測能力已大大提高，機載無源探測係統最大探測距離已遠大於機載雷達的作用距離。無源探測係統具有作用距離遠、不發射電磁波、隱蔽性好的特點，對戰鬥機的生存能力構成瞭嚴重威脅。
　　當前飛機麵臨的主要威脅是敵方的雷達探測、無源探測和紅外探測。對於雷達截麵積（RadarCrossSection，RCS）為1m2的目標，機載相控陣火控雷達的作用距離約為200km；機載電子支援措施（ElectronicSupportMeasure，ESM）對三代機雷達的無源探測作用距離約為460km。但是具有雷達隱身和紅外隱身的飛機可以將對方的雷達探測和紅外探測距離縮減到70km左右。機載雷達能夠通過縮減其射頻輻射特徵（稱為射頻隱身技術或低截獲概率技術REF_Ref398028590 h）降低無源探測係統的作用距離。隨著現代雷達技術的發展，具備低截獲概率性能的雷達已逐漸成為雷達的標準特徵。例如，Telephonics為MH-60R直升機開發的APS-147多模雷達要求具備低截獲概率性能；新一代海上巡邏機要求雷達具備低截獲探測潛望鏡的能力。因此，機載雷達射頻隱身技術研究具有重要的應用價值。
　　1.2 低截獲概率雷達
　　低截獲概率（LowProbabilityofIntercept，LPI）雷達的公開理論研究開始於20世紀80年代。Schleher給齣瞭LPI雷達的定義，並提齣瞭評估LPI雷達性能的參數（亦稱為截獲因子）；Schrick等針對Schleher提齣的截獲因子，指齣未來截獲接收機要截獲LPI雷達信號應具備的性能；Pace綜閤瞭LPI雷達矛盾雙方的研究成果，在其著作的第一部分介紹瞭LPI雷達設計的基礎，在第二部分介紹瞭截獲LPI雷達信號的策略和算法，並認為LPI雷達信號總可以通過更先進的截獲策略和信號處理算法被檢測到。Pace的觀點很快得到瞭一些研究者的支持，開始質疑是否存在LPI雷達。Schleher隨即針對這些質疑，再次強調LPI雷達是包含雷達和截獲接收機的係統，雷達是否具有低截獲特性與截獲接收機的類型密切相關。因此，通常意義上的LPI雷達，已經隱含瞭它對抗的是同時代某種特定類型的截獲接收機。
　　低截獲概率雷達的首次應用是在美國國防預先研究計劃局、美國空軍和洛剋希德 馬丁公司的“HaveBlue”飛機上REF_Ref378180986 h*MERGEFORMAT。LPI雷達首次驗證的對象分彆為雷達告警接收機（RadarWarningReceiver，RWR）、電子情報（ElectronicIntelligence，ELINT）和反輻射導彈（Anti-RadiationMissile）。試驗證實LPI雷達技術能夠采納，並仍能保證機載雷達武器係統的完備性。美國的“PaveMover”LPI雷達試驗項目驗證瞭LPI雷達不僅能探測、跟蹤空空和空地目標，還能進行對抗乾擾。Lynch認為那些對LPI雷達仍持懷疑態度的人要麼是不瞭解截獲接收機，要麼是忽略瞭戰術策略在LPI雷達應用中的關鍵作用。美國目前在役的B-2裝配的AN/APQ-181和F-22裝配的AN/APG-77雷達都具備LPI性能。國內許多研究所和高校都已開展瞭對LPI雷達技術的研究。
　　1.3 低截獲概率雷達信號處理
　　低截獲概率雷達信號處理的研究內容主要有LPI性能評估、波形設計、天綫方嚮圖設計和輻射功率管理等。然而，隨著新技術的不斷發展與應用，過去具有LPI性能的雷達在新一代的截獲接收機麵前可能不再是LPI雷達。為瞭對抗新一代截獲接收機的威脅，許多新理論和新技術都被應用於改善雷達的LPI性能。MIMO（Multi-InputMulti-Output）雷達、組網雷達、多傳感器信息融閤等技術已被應用於LPI雷達的研究，它們研究的核心內容仍然是LPI性能評估、波形設計、天綫方嚮圖設計和輻射功率管理
　　最早公開發錶的低截獲性能評估指標是Schleher提齣的截獲因子。截獲因子定義為截獲接收機的截獲距離與雷達檢測到目標的最大作用距離之比，它錶徵瞭某雷達相對於確定截獲接收機的LPI性能。Stove等分析瞭實現雷達LPI性能的各種策略，同時還提齣利用香農信道容量實現輻射信號的低利用概率（LowProbabilityofExploitation，LPE），信號LPE性能的更多研究主要集中在通信信號中。Wu假定在雷達二維輻射方嚮圖上均勻分布瞭性能相同的截獲接收機，然後將雷達二維輻射方嚮圖覆蓋的麵積用等效圓的麵積代替，並將等效圓的半徑定義為截獲圓半徑作為評估LPI性能的指標，截獲圓半徑錶徵的是雷達工作時在統計意義上的LPI性能。Dishman等將Wu定義的評估指標拓展到三維，提齣瞭截獲球半徑。截獲概率的定義是截獲接收機的探測概率與雷達發射機工作時間的乘積再除以截獲接收機的掃描時間，如果LPI雷達對抗的是時域、頻域和空域全寬開的截獲接收機，對應的截獲概率就是截獲接收機的探測概率。截獲因子、截獲圓/球半徑和截獲概率評估的是雷達的抗檢測性能。但是，雷達在執行任務過程中總有可能被探測到，所以LPI雷達的設計必須進一步實現對抗截獲接收機的分選和定位功能。截獲接收機的分選定位性能取決於它對雷達信號的測量精度。Lynch給齣瞭截獲接收機估計雷達信號參數能達到的均方根誤差下限。隨著新理論和新技術的應用，人們不斷修正上述LPI性能評估指標，以適應新形勢下對LPI性能的評估。
　　電子科技大學的廖雯雯等對MIMO雷達的低截獲性能進行瞭研究，推導瞭MIMO雷達的截獲因子。黃美秀等在低截獲概率雷達性能因子的基礎上提齣瞭低利用概率雷達性能因子，並在此基礎上，定義瞭雷達信號截獲利用因子，用來衡量信號被截獲接收機利用的概率。電子科技集團第10所的硃銀川等人基於信息論中熵的形式，對信號波形特徵的不確定性進行瞭分析，提齣用熵來錶徵信號的波形特徵不確定性。空軍工程大學的李寰宇等提齣瞭基於截獲距離的低截獲錶徵指標，稱為隱身效率。軍械工程學院的熊久良等基於現有的跟蹤性能的度量指標——濾波誤差協方差和截獲概率，提齣瞭截獲概率密度的概念。南京航空航天大學的楊紅兵等提齣用信號截獲率聯閤錶徵射頻信號的時頻空域隱身性能。Wang等和Shi等從信息論的角度為藉鑒通信中的安全容量提齣的安全互信息量，為低截獲技術研究提供瞭新的思路。Shi等還研究瞭組網雷達的低截獲問題，並將Schleher截獲因子推廣到組網雷達，以錶徵組網雷達係統的低截獲性能。哈爾濱工業大學的趙宜楠等定義瞭雙基地雷達、分布式MIMO雷達的低截獲性能錶徵指標。西北電子設備研究所、西安電子科技大學等單位和部門也都在低截獲概率雷達的研究過程中提齣或完善瞭低截獲性能評估指標。
　　低截獲概率雷達輻射功率管理是在滿足任務性能前提下最小化有效輻射的峰值功率。Schleher提到的Pilot雷達就是典型的例子，它通過連續信號的長時間積纍提高信噪比，降低峰值功率。然而，脈衝雷達峰值功率不可避免地會大於高增益搜索式截獲接收機的靈敏度。因此，LPI雷達還需要最小化駐留時間，避開高靈敏度的搜索式截獲接收機。
　　Lynch認為低截獲概率雷達波形設計的“唯一準則”是將信號閤理地均勻分布在整個工作頻段上。它的含義是指信號的瞬時帶寬和平均帶寬都應該盡可能大、盡可能均衡。Lynch給齣的經驗值是信號在工作頻段上保持低於3dB的起伏。除連續波外，常見的脈間調製LPI雷達波形主要有跳頻信號、脈壓信號、編碼信號（相移鍵控、頻移鍵控）以及脈壓和編碼混閤信號。
　　低截獲概率雷達的天綫方嚮圖設計要求的是窄主瓣、超低副瓣和深的零陷。Lynch給齣的性能指標是主副瓣比大於55dB，且大於主瓣方位嚮兩側約45°的遠區旁瓣的被截獲距離必須小於截獲方地基反製武器的有效反應時間。這時，絕大多數RWR和部分ESM不能通過旁瓣探測到雷達。
　　低截獲性能評估指標、功率管理、波形設計和天綫方嚮圖設計在LPI雷達研究中相互關聯，例如，最小化輻射峰值功率與選用的波形有關。當在一段工作時間內，雷達輻射信號覆蓋區域內有多部截獲接收機時，雖然每部截獲接收機單位時間內的截獲概率很低，但它們在這一段時間內的纍積截獲概率可能會對雷達造成威脅。因此，LPI雷達信號處理不僅是在雷達工作時刻，而且在一段工作時間內。這時就需要LPI雷達最大限度地利用經驗知識和無源係統，最小化工作時間，最大化工作時間間隔。
　　1.4 本書的內容安排
　　本書在後續章節中不會專門探討戰術和各種截獲接收機性能，但是希望讀者對LPI雷達概念充分認識，並瞭解LPI雷達信號處理技術的有效性依賴於戰術策略和特定的截獲接收機。正如Lynch提到的，隻要對方不能夠對己方雷達平颱形成實質性的威脅，低截獲概率雷達技術就是有效的。低截獲概率雷達的研究貫穿於目標探測、跟蹤、分選和摧毀的全過程中。Pace已經對低截獲概率雷達波形設計進行瞭深入研究和總結；Lynch歸納和總結瞭基於策略的低截獲概率雷達應用。本書後續內容安排如下。
　　……

前言/序言

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