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本书论述了雷达系统分析所需的数学基础知识和专业知识，同时给出了与这些基础知识相关的CPP计算程序，包含矩阵计算、概率论、数字滤波器、傅里叶变换、雷达模糊函数、阵列天线、目标检测、卡尔曼滤波、恒虚警处理、动目标显示等方面与雷达系统设计相关的知识。对每一部分都进行了详细的理论论述和数学推导，深入浅出。针对每一部分基础知识，书中给出了所涉及的方法的CPP程序。本书可以作为高等院校电子工程专业雷达研究方向高年级本科生或研究生的参考教材，也可以作为雷达专业工程技术人员进行雷达系统分析与仿真的参考书。

第1章  矩阵、向量和线性方程式	1
1.1  引言	1
1.2  联立线性方程式	1
1.2.1  逆向回代高斯消元法	2
1.2.2  正向回代高斯消元法	3
1.3  矩阵因式分解	4
1.3.1  LU因式分解	4
1.3.2  LLT因式分解(乔里斯基)	5
1.3.3  LDLT因式分解(修正乔里斯基)	7
1.3.4  UDUT因式分解	8
1.3.5  QR因式分解	9
1.4  逆矩阵	12
1.4.1   	13
1.4.2   	14
1.4.3   	15
1.4.4   	15
1.4.5  D?1	16
1.4.6  Q?1	16
1.5  向量运算	17
1.6  矩阵运算	17
1.7  结论	18
参考文献	19
第2章  伪随机数、噪声和杂波的生成	20
2.1  引言	20
2.2  伪随机数和单位均匀变量	20
2.2.1  任意总数的PRN生成	22
2.3  高斯白噪声	22
2.4  瑞利噪声	24
2.5  莱斯随机变量、信噪比	25
2.6   噪声	27
2.7  平方律检波器	28
2.8  指数噪声	29
2.9  对数正态杂波	31
2.10  韦布尔杂波	32
2.11  从采样数据推定概率密度函数	34
2.12  高斯(正态)概率纸的绘制	39
2.13  结论	40
参考文献	41
第3章  FIR和IIR滤波器	42
3.1  引言	42
3.2  有限冲激响应滤波器(FIR)	44
3.2.1  低通、高通、带通、带阻FIR滤波器	44
3.2.2  窗函数：矩形窗函数、汉宁窗函数、海明窗函数和布莱克曼窗函数	47
3.2.3  低通、高通、带通和带阻Kaiser滤波器	50
3.3  无限冲激响应滤波器(IIR)	53
3.3.1  双线性变换	54
3.3.2  模拟滤波器回顾	56
3.3.3  巴特沃斯低通IIR滤波器	64
3.3.4  切比雪夫低通IIR滤波器	66
3.3.5  椭圆低通IIR滤波器	67
3.3.6  椭圆带通IIR滤波器	68
3.3.7  非线性问题	69
3.3.8  FIR和IIR滤波器的对比	70
3.3.9  A/D转换器的量化噪声和动态范围	70
参考文献	74
第4章  快速傅里叶变换(FFT)和快速傅里叶逆变换(IFFT)	75
4.1  引言	75
4.2  快速傅里叶变换的时域采样和频域采样	76
4.3  快速傅里叶变换时域采样和频域采样的示例	79
4.4  频谱泄漏和窗口函数	81
4.5  快速傅里叶逆变换的时域采样和频域采样	82
4.6  快速傅里叶变换和快速傅里叶逆变换的应用	83
4.6.1  频域滤波	84
4.6.2  检测淹没在噪声中的信号	85
4.6.3  数据的内插	86
4.6.4  脉冲压缩	87
4.6.5  幅度失衡和相位失配	91
附录4A	95
参考文献	96
第5章  模糊函数	97
5.1  引言	97
5.2  单一恒定频率的矩形脉冲	97
5.3  线性调频(LFM)	99
5.4  Costas编码跳频调制	102
附录5A	108
参考文献	109
选择的参考书目	109
第6章  阵列天线	110
6.1  引言	110
6.2  线性阵列	111
6.3  圆形孔径阵列	114
6.4  椭圆孔径阵列	117
6.5  单脉冲阵列天线	119
6.6  结论	122
附录6A	124
后记	125
参考文献	125
第7章  目标检测	126
7.1  引言	126
7.2  Marcum目标模型的检测概率和虚警概率	129
7.3  检测概率(Swerling目标模型)	137
7.3.1  Swerling目标模型1	140
7.3.2  Swerling目标模型2	142
7.3.3  Swerling目标模型3	143
7.3.4  Swerling目标模型4	145
7.4  结论	146
参考文献	150
选择的参考书目	151
第8章  卡尔曼滤波	152
8.1  引言	152
8.2  卡尔曼滤波方程的推导	154
8.3  客机	161
8.4  空管雷达	164
8.5  防空雷达(在CCS坐标系下)	171
8.6  防空雷达(在LOS坐标系下)	178
8.7  没有矩阵求逆的卡尔曼滤波	182
参考文献	188
选择的参考书目	188
第9章  蒙特卡罗法和函数积分	189
9.1  引言	189
9.2  命中或脱靶法	189
9.3  序列采样法	192
9.4  平均采样法	193
9.5  重要采样法	193
9.6  观察和评论	195
9.7  虚警概率(指数概率密度函数)	196
9.8  虚警概率(高斯概率密度函数)	200
9.9  函数的积分	202
9.9.1  梯形定律	203
9.9.2  辛普森定律及辛普森扩展定律	203
9.9.3  高斯积分	204
9.10  二维积分	211
9.11  三维积分	213
9.12  结论	213
附录9A	214
参考文献	214
第10章  恒虚警率(CFAR)处理	215
10.1  引言	215
10.2  单元平均恒虚警率(CA-CFAR)	215
10.3  有序统计恒虚警率(OS-CFAR)	221
10.4  韦布尔杂波	226
10.4.1  韦布尔概率密度函数	226
10.4.2  平方律检波后的韦布尔杂波	229
10.5  Weber-Haykin恒虚警率(WH-CFAR)	229
10.6  最大似然恒虚警率(ML-CFAR)	234
10.7  最小均方误差恒虚警率(MMSE-CFAR)	241
10.8  结论	245
参考文献	246
选择的参考书目	247
第11章  动目标显示	248
11.1  引言	248
11.2  非递归延迟线对消器	249
11.3  递归延迟线对消器	251
11.4  盲速和重频参差	254
11.5  杂波衰减和改善因子	256
11.6  系统不稳定性带来的限制	266
11.7  A/D转换器量化噪声	267
11.8  杂波图	267
11.9  结论	268
参考文献	268
第12章  常用程序流程

译  者  序
本书论述了雷达系统分析所需的数学基础知识和专业知识，同时给出了与这些基础知识相关的CPP计算程序。
本书共12章，大致分为三部分：第一部分为前4章，主要介绍矩阵论、概率论和数字信号处理的基础知识；第二部分为第5～11章，讲解雷达系统分析与仿真涉及的不同领域的主要知识和理论；第三部分为第12章，讲解常用程序流程。第1章为“矩阵、向量和线性方程式”；第2章为“伪随机数、噪声和杂波的生成”；第3章为“FIR和IIR滤波器”；第4章为“快速傅里叶变换(FFT)和快速傅里叶逆变换(IFFT)”；第5章为“模糊函数”；第6章为“阵列天线”；第7章为“目标检测”；第8章为“卡尔曼滤波”；第9章为“蒙特卡罗法和函数积分”；第10章为“恒虚警率(CFAR)处理”；第11章为“动目标显示”；第12章为“常用程序流程”。
本书内容连贯性较强，在介绍专业的雷达系统分析和仿真前，先介绍了需要的基础矩阵、概率和信号处理等基础知识，使读者在阅读时可以尽量减少对其他基础数学书籍的参考，方便读者阅读，提高阅读效率。各章的相互关系如下：
第1章介绍矩阵分析的基础知识，提供了第8章的基础预备知识。
第2章介绍雷达系统分析所需要的基本概率论知识，提供了第7章、第9章、第10章的基础预备知识。
第3章和第4章讲解数字信号处理的基础知识，提供了第5章、第6章、第8章、第11章的基础知识。
第5章介绍的“模糊函数”是雷达系统中特有的问题，主要与雷达信号的时频分析有关。
第9章介绍的蒙特卡罗法是重要的仿真方法，在系统仿真中有大量的应用。
本书的每一章都配有相关CPP仿真计算程序，这些程序能够帮助读者进一步地理解各章的知识要点，同时为读者进行雷达系统分析仿真提供相关的算法参考程序，为读者的研究提供便捷可靠的技术帮助。本书有许多仿真程序及其运行的仿真结果，仿真程序中出现的公式符号均为正体。为方便读者阅读理解，本书英文原著中的公式符号全部采用正体，本中译本中的公式符号与英文原著一致。本书配套文件可在华信教育资源网(http://www.hxedu.com.cn)下载。
希望阅读本书的读者能够在雷达系统分析与仿真方面建立坚实的技术基础，并且随着系统分析、仿真模型研究及实际仿真程序开发等方面经验的积累不断提升综合水平。
 

前    言
本书的目标读者为致力于优化系统工作的雷达工程师和想学习雷达系统设计的研究生。本书重点论述了掌握雷达系统分析所需的知识基础、设计技巧、分析正确性的验证，并且通过计算机仿真对设计进行优化。阅读理解本书的大部分章节需要很少的前期知识基础，如概率论初步、代数矩阵运算和对计算机的基本熟悉。
要使每一章的内容在深度和广度上达到平衡是一个困难的任务。本书的一个有吸引力的特点是让读者建立一个坚实的基础。读者通过经验积累能够不断提升综合水平。
本书适合那些迫不及待想学习雷达系统分析、设计，并用C++语言进行实际应用的读者。所有的例子在书中都有详细的解释，数值结果可以在屏幕上显示或存储在.DAT文件中，并在书中图示。本书不是为慵懒之人讲解C++语言的，而是为聪明的学生和勤奋但被其他工作所困扰的工程师准备的。
让我们开始吧！顶峰并不遥远，沿着通往山顶的道路攀登并不太困难。

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雷达系统——分析、设计与仿真