自1980年本書第二版出版以來,雷達(dá)技術(shù)及其應(yīng)用持續(xù)發(fā)展。自那時(shí)起出現(xiàn)了許多新的雷達(dá)系統(tǒng):
● 增強(qiáng)型氣象雷達(dá)(Nexrad終端多普勒氣象雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)、TRMM衛(wèi)星氣象雷達(dá)和機(jī)載風(fēng)切變檢測(cè)雷達(dá))
●行星探索雷達(dá)(用于探索金星的麥哲倫雷達(dá);用于探索提坦,即土星的一個(gè)行星的卡西尼雷達(dá))
●干涉型合成孔徑雷達(dá),用于場(chǎng)景的三維成像和對(duì)慢速運(yùn)動(dòng)表面目標(biāo)的檢測(cè)
●逆合成孔徑雷達(dá),ISAR(用于艦船識(shí)別的APS-137)
●地面穿透雷達(dá)
●相控陣?yán)走_(dá)的批量生產(chǎn)(“愛國(guó)者”、“宙斯盾”、“鋪路爪”和B-1B轟炸機(jī)雷達(dá))
●有源孔徑相控陣?yán)走_(dá)
●彈道導(dǎo)彈防御雷達(dá)(地基雷達(dá)GBR和“箭”式導(dǎo)彈防御系統(tǒng))
●高頻超視距雷達(dá)(ROTHR和Jindalee)
●戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視(JSTARS)雷達(dá)
●用于環(huán)境遙感的雷達(dá)
●改進(jìn)的空中交通管制雷達(dá)
●具有復(fù)雜多普勒處理的新型多功能軍用戰(zhàn)斗機(jī)/攻擊機(jī)機(jī)載雷達(dá)
此外,在利用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行信號(hào)處理、數(shù)據(jù)處理和雷達(dá)控制方面已經(jīng)取得廣泛進(jìn)展;利用多普勒現(xiàn)象對(duì)嚴(yán)重雜波環(huán)境中小運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)取得顯著改善;對(duì)來自地面和海面的雷達(dá)回波特性有了更好的理解;檢測(cè)決策和信息提取實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化;目標(biāo)識(shí)別;固態(tài)發(fā)射機(jī)及功率電子管的進(jìn)展;無人值守高可靠雷達(dá)系統(tǒng)的研制。而且,由于隱形(低橫截面積目標(biāo))、低空/高空高速攻擊機(jī)的發(fā)展,以及電子戰(zhàn)技術(shù)能力的提高,都推動(dòng)著軍用雷達(dá)進(jìn)行重大改進(jìn)。
《雷達(dá)系統(tǒng)導(dǎo)論》第三版和先前兩版一樣,是以介紹雷達(dá)和雷達(dá)系統(tǒng)各方面基本原理的一學(xué)年研究生教材為基礎(chǔ)的。本書可用于自學(xué),也適合于從事雷達(dá)及有關(guān)系統(tǒng)的研制、采購(gòu)、制造和應(yīng)用各領(lǐng)域的工程師和管理人員參考。
對(duì)大多數(shù)工學(xué)院的課程目錄的查閱表明,與系統(tǒng)有關(guān)的課程很少,而正是有了系統(tǒng),才有電子工程的存在。工程的核心就是設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)某些有用的功能。雷達(dá)是電子工程系統(tǒng)的一個(gè)典型的例子,它利用了被電子工程師們實(shí)際應(yīng)用的許多專業(yè)技術(shù),包括信號(hào)處理、數(shù)據(jù)處理、波形設(shè)計(jì)、電磁散射、檢測(cè)、參數(shù)估計(jì)、信息提取、天線、傳播、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)等。由于這些專題對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生影響,因此,是本文中對(duì)雷達(dá)討論的一部分內(nèi)容。有些只是一帶而過,對(duì)另一些則作比較詳細(xì)的討論。
本書還包括一些關(guān)于雷達(dá)的專門內(nèi)容:對(duì)雷達(dá)基本了解所必需的并可作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具的距離方程;在動(dòng)目標(biāo)顯示(MTI)雷達(dá)和脈沖多普勒雷達(dá)中一樣,都是利用多普勒頻移將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波從接收到的靜止(雜波)環(huán)境回波中區(qū)分開來;用單脈沖和圓錐掃描雷達(dá)跟蹤目標(biāo);用監(jiān)視雷達(dá)跟蹤目標(biāo);雷達(dá)信號(hào)的檢測(cè);使信噪比最大的匹配濾波器;雷達(dá)測(cè)量精度,以及影響雷達(dá)性能的自然環(huán)境回波的特性。
第三版和第二版一樣,進(jìn)行了大量修訂。幾乎每一段都有改變或整段替換。章節(jié)的順序也重新安排,以反映作者在他自己講授的研究生課程中是如何講授這些材料的。第一學(xué)期(第1~4章)通過非常重要且廣泛應(yīng)用的雷達(dá)距離方程的推導(dǎo),利用多普勒頻移從非常嚴(yán)重的陸地雜波和海雜波回波中提取微弱的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波,以及利用雷達(dá)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤等介紹許多基本的雷達(dá)概念。第8章關(guān)于雷達(dá)波傳播的大部分材料通常包括在第一學(xué)期中,并且作為第2章雷達(dá)方程的一部分來討論。第二學(xué)期(第5~7章和第9章)涵蓋噪聲中信號(hào)檢測(cè)、雷達(dá)信號(hào)中信息提取、波形,當(dāng)限制雷達(dá)性能的主要因素是雜波而不是噪聲時(shí)的目標(biāo)檢測(cè)和雷達(dá)天線的許多形式。當(dāng)時(shí)間允許時(shí),討論雷達(dá)發(fā)射機(jī)和接收機(jī),以及回顧一些重要的雷達(dá)應(yīng)用(不是本書的一部分)。有時(shí),發(fā)射機(jī)或接收機(jī)課題在第一學(xué)期中通過讓學(xué)生提供關(guān)于這些雷達(dá)分系統(tǒng)某一方面的小論文來介紹。
第二版中許多課題由于有許多新的資料和其重要性的提高,在第三版中得到了擴(kuò)充。由于出版商要求本書保持一個(gè)合理的字?jǐn)?shù),因此,不得不去除一些課題以允許其他內(nèi)容的擴(kuò)充。去除的是一些已變得過時(shí)的課題,例如,相控陣天線中移相的一些方法和用于調(diào)頻脈沖壓縮的各種色散延遲線。第二版第3章關(guān)于連續(xù)波雷達(dá)和調(diào)頻雷達(dá)由于利用這兩種雷達(dá)越來越少而被略去了。低功率連續(xù)波雷達(dá)和調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)還將用于一些特殊應(yīng)用,因而,簡(jiǎn)要地包括在本書第3章末尾,但遠(yuǎn)程高功率連續(xù)波雷達(dá)由于其收、發(fā)需要單獨(dú)分開的天線,基本上已被采用單個(gè)天線的脈沖多普勒雷達(dá)所取代。另外被刪除的是第二版的最后一章,該章由關(guān)于各種系統(tǒng)課題的簡(jiǎn)短概述組成,如合成孔徑雷達(dá)、高頻超視距雷達(dá)、對(duì)空監(jiān)視雷達(dá)、測(cè)高儀和三坐標(biāo)雷達(dá)、ECCM、雙基地雷達(dá)和毫米波雷達(dá)。雖然這些仍然是重要的雷達(dá)課題,但如果本書要涵蓋其他雷達(dá)課題方面的進(jìn)展的話,它們就不能是本版內(nèi)容的一部分。還有值得討論的其他雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用,但要恰當(dāng)?shù)貙⒗走_(dá)的所有重要內(nèi)容涵蓋在一本書中是困難的。
在第一版中關(guān)于雷達(dá)天線為單獨(dú)一章。在第二版中天線被涵蓋在兩章中:一章是關(guān)于反射面天線的,另一章是關(guān)于相控陣的。在第三版中,天線又被編在一章中,是本書最長(zhǎng)的一章。將天線歸為一章而不是兩章,使處理反射面天線和陣列天線二者共同的課題更容易。天線這一章很長(zhǎng),還因?yàn)樘炀€在雷達(dá)系統(tǒng)中的作用獨(dú)特而重大。
本書中包含了通常兩學(xué)期研究生課程所不能涵蓋的更多課題。其中的許多課題是給做實(shí)際工作的工程師或管理人員使用本教材作參考資料用的。因此,教師們應(yīng)根據(jù)特定課程的目的選擇哪些課題應(yīng)該省略。
人們認(rèn)識(shí)到“米-千克-秒”單位制通常用于大學(xué)課程和世界上大多數(shù)國(guó)家,但在本版中仍然沿用混合單位。因?yàn)樵诠こ躺希貏e是在美國(guó),混合單位看來目前仍在使用(例如,國(guó)際空中交通管制系統(tǒng)仍然用海里表示距離,用英尺表示高度)。而且,在本書中當(dāng)某一量的值是從發(fā)表的文章中引用來的時(shí)候,就采用該文章中采用的單位而沒有把它變換成其他單位。有一天,所有單位可能將是“米-千克-秒”單位制,但到那時(shí)之前工程師仍應(yīng)熟悉混合制單位,因?yàn)閷?shí)踐中仍然采用這些單位。
分貝或dB貫穿使用在整個(gè)雷達(dá)工程中,并且廣泛用于本教材。有些學(xué)生似乎對(duì)其使用太熟練。這里提醒一下,dB定義為功率比或與功率單位有關(guān)的參數(shù)(如天線增益)的對(duì)數(shù)的10倍,即10log(功率比或與功率單位有關(guān)的參數(shù))。當(dāng)考慮dB時(shí),如果始終取兩個(gè)功率之比,則決不會(huì)因?yàn)槭浅艘猿?shù)10還是20而引起混淆;它將始終是10。利用方程時(shí)還必須注意,有些參數(shù)雖然以dB給出,但在方程中該參數(shù)是一個(gè)數(shù)字。dB必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字而不是將dB值直接代入方程。
本版在每章的結(jié)尾提供了習(xí)題和問題,以方便讀者(及教師)將本書作為雷達(dá)課程的研究生教材。這些習(xí)題和問題也應(yīng)是在職工程師自學(xué)的輔助工具。作為一門面向系統(tǒng)的課程,要提供往往在工程學(xué)校中所教的解決問題的課程中所出現(xiàn)的那類問題是困難的。在有些習(xí)題和問題中,求出答案的方法或方程可在本教程中找到,而且它們有助于強(qiáng)化所涵蓋的內(nèi)容。不過,其他習(xí)題試圖擴(kuò)大在本教材中的材料,因此,讀者必須擴(kuò)展自己的思路來尋找答案。從出版商McGraw-Hill處應(yīng)能獲得這些習(xí)題和問題的解答手冊(cè)。
在自己的雷達(dá)課中,我發(fā)現(xiàn)學(xué)期綜合論文是一個(gè)重要的學(xué)習(xí)工具。我通常嘗試著提出一項(xiàng)相對(duì)直截了當(dāng)?shù)模瑢W(xué)生不可能在發(fā)表的文獻(xiàn)中找到的“概念設(shè)計(jì)”任務(wù)(在過去的若干年中由于雷達(dá)的進(jìn)展變得越來越難做)。學(xué)期論文總是在第二學(xué)期中指定。有時(shí)我在第一學(xué)期就已指定了一篇比第二學(xué)期中用得比較簡(jiǎn)單的課題論文,以往我已采用或考慮的學(xué)期論文題目也列入了解答手冊(cè)中。
如同其他兩版那樣,我努力提供足夠的參考文獻(xiàn)來說明我的資料來源,并指明在讀者有興趣進(jìn)一步深入時(shí)在什么地方可獲得某一特定課題的更多資料。《雷達(dá)手冊(cè)》,也由McGraw-Hill出版,是獲得本書中許多課題方面更多先進(jìn)資料的一個(gè)很好來源。《雷達(dá)手冊(cè)》的每一章都由一名或多名精通本章所涉及的特定領(lǐng)域方面的專家撰寫。
在第一版(1960年)的《雷達(dá)系統(tǒng)導(dǎo)論》中,幾乎所有的參考文獻(xiàn)都是“最近的”,因?yàn)楫?dāng)時(shí)雷達(dá)還年輕。有關(guān)雷達(dá)的早期出版物在20世紀(jì)40年代后期開始出現(xiàn)于文獻(xiàn)中,大約在本書第一版出版之前15或16年。因此,第一版包括了許多“最近的”參考文獻(xiàn)。在第三版中,如果有的話,我已努力連同早期的一起提供最近的參考文獻(xiàn)。這并不總是可能的,因?yàn)橛行┤匀恢匾恼n題已經(jīng)成熟,并且近年來沒有太大進(jìn)展。因此,本版中大量參考文獻(xiàn)已有30~40年的歷史。有些包含在第一版或第二版中,但少數(shù)較老的參考文獻(xiàn)沒有包含在前兩版中,因?yàn)樗鼈兯w的課題已經(jīng)沉睡多年直至技術(shù)趕上和/或需要它們時(shí)才需要參考它們。
這類性質(zhì)上涵蓋雷達(dá)許多方面、許多不同課題的書,內(nèi)容上多依靠雷達(dá)工程師撰寫的公開技術(shù)文獻(xiàn)。我依賴這些文獻(xiàn)編寫了本書,并且我要感謝從目前存在的浩瀚的雷達(dá)文獻(xiàn)中所得到的重大幫助。
Merrill I. Skolnik
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