电子书：Introduction to RF Stealth

xiajing · 发表于 2009-4-13 08:30:05

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Introduction to RF Stealth
作者： David Lynch,Jr
页数：553
出版日期：January 1, 2004
文件格式：pdf

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【摘要或目录】：
Preface . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii
Acknowledgments . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . xv
Chapter 1 Introduction to Stealth Systems . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
The Stealth Challenge. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
The Stealth Approach. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.1 Balanced Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.2 “Great Thoughts” of Stealth/LO Technology” . . . . . ... . . . 7
1.1.3 RCS and Power Management Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2 Introduction to Low-Probability-of-Intercept Systems. . . . . . . . 9
1.2.1 Great Thoughts of LPI Systems Design. . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.2 Detection and Intercept Probability . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2.3 Reduced Detectability—Effective Radiated Peak Power . . . . . .  12
1.2.4 Reduced Detectability—Maximum Signal Uncertainty . . . . . . . . 15
1.2.5 LPI Performance Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3 A Little History of Stealth Systems . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3.1 LPIR Program Accomplishments. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.3.2 LPI Modes Demonstrated through Test . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.3.3 Summary of LPIR Program Results . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.3.4 LPIS Typical Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.3.5 LPI Maximizes Uncertainty. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
1.4 Basic LPI Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.4.1 Radar and Beacon Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  22
1.4.2 Intercept Power Relations and LPIS Figures of Merit . . . . . . . 24
1.4.3 Detection Range versus Intercept Range Equations . . . . . . . . .26
1.5 Introduction to Radar Cross Section (RCS). . . . . . . . . . . . . .32
1.5.1 Mathematical Basis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
1.5.2 RCS Phenomenology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.5.3 Estimating RCS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . 38
1.6 Introduction to Signature Balance . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
1.6.1 Radar Threat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . . . 46
1.6.2 Infrared Threat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
1.6.3 Intercept Threat. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
1.7 Exercises. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  56
1.8 References . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . 59
About the Author . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . xvi
Chapter 2 Interceptability Parameters and Analysis. . . . . . . . . . . 61
2.1 Interceptability Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.1.1 Interceptability Footprints. . . . . . . . . . . . . . . . . . .  62
2.1.2 Interceptor Time Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
2.1.3 Receiver Sensitivity versus Intercept Probability . . . . . . . . 67
2.1.4 Power Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  72
2.2 Interceptability Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
2.2.1 Intercept Receiver Sensitivity . . . . . . . . . . . . . . . . .  75
2.2.2 Sidelobe Intercept Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77
2.2.3 Interceptor Detection Probabilities. . . . . . . . . . . . . . . .78
2.2.4 Interceptability Time Constraints. . . . . . . . . . . . . . . . .82
2.2.5 Interceptability Frequency Constraints . . . . . . . . . . . . . .84
2.2.6 Antenna Gain Mismatch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
2.2.7 Cumulative Probability of Intercept . . . . . . . . . . . . . . . 87
2.3 Example Mode Interceptability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
2.3.1 Example Radar Mode Interceptability Calculations . . . . . . . . .89
2.3.2 Data Link Mode Interceptability Example . . . . . . . . . . . . . 97
2.4 Footprint Calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
2.4.1 “Cookie Cutter” Footprints . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98
2.4.2 More Accurate Footprints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  109
2.5 Exercises. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 114
2.6 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . 116
Chapter 3 Intercept Receivers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
3.1 Survey of Current and Future Intercept Receivers . . . . . . . . . .117
3.2 Receiver Types (Similar to Schleher) . . . . . . . . . . . . . . . .118
3.2.1 Crystal Video Receiver. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
3.2.2 Instantaneous Frequency Measurement . . . . . . . . . . . . . . . 120
3.2.3 Scanning Superheterodyne Receivers . . . . . . . . . . . . . . . .124
3.2.4 Channelized Receivers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
3.2.5 Transform Intercept Receivers . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
3.2.6 Hybrid or Cueing Receivers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133
3.2.7 Intercept Receiver Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
3.3 Interceptor Measurement Accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . .146
3.3.1 Frequency Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
3.3.2 Pulse Amplitude and Width Measurement . . . . . . . . . . . . . . 147
3.3.3 Time of Arrival and PRI Measurement . . . . . . . . . . . . . . . 148
3.3.4 Angle of Arrival Measurement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
3.3.4.1 Amplitude Angle of Arrival . . . . . . . . . . . . . . . . . . .149
3.3.4.2 Phase Angle of Arrival . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .156
3.3.5 Range Estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163
3.4 Intercept Receiver Threat Trends . . . . . . . . . . . . . . . . . .168
3.4.1 Typical Response Threats—Elastic Threat . . . . . . . . . . . . .170
3.4.2 Corresponding Specification of LPIS Emissions . . . . . . . . . . 173
3.4.3 Typical Response Threats—Radiometric . . . . . . . . . . . . . . 175
3.4.4 Typical Response Threats—Correlation . . . . . . . . . . . . . . 187
3.5 LPIS versus Interceptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
3.5.1 Screening Jamming. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .189
3.5.2 Spoofing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . 190
3.6 Typical Deployed Intercept Receivers. . . . . . . . . . . . . . . . 191
3.7 Exercises. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 193
3.8 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . . 193
Chapter 4 Exploitation of the Environment . . . . . . . . . . . . . . . 195
4.1 Atmospheric Attenuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
4.2 Clutter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  198
4.3 Terrain Masking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
4.4 Electronic Order of Battle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .221
4.4.1 Radar and EW Intercept EOB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .224
4.4.2 Radar Emitter EOB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
4.4.3 Electronic Countermeasures EOB . . . . . . . . . . . . . . . . . .234
4.5 RF Spectrum Masking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
4.5.1 Example Ambient Spectra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
4.5.2 Estimating Ambient Spectra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .238
4.5.3 Estimating Ambient Pulse Density . . . . . . . . . . . . . . . . .245
4.6 Example Scenario Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
4.6.1 Classification Usable Sensitivity. . . . . . . . . . . . . . . . .247
4.6.2 Monte Carlo Simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
4.7 Typical Deployed Emitters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
4.8 Exercises. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .262
4.9 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .274
Chapter 5 Stealth Waveforms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .275
5.1 Waveform Criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
5.2 Frequency Diversity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
5.2.1 Simultaneous Transmit and Receive Crosstalk . . . . . . . . . . . 277
5.2.2 Low-Noise Adaptive Multifrequency Generation. . . . . . . . . . . 283
5.2.3 Detection of Multifrequency Waveforms . . . . . . . . . . . . . . 287
5.3 Power Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .291
5.4 Pulse Compression. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .293
5.4.1 Linear FM/Chirp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
5.4.2 LPI Performance Loss Incurred by Use of Chirp . . . . . . . . . . 297
5.4.3 Stretch Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  298
5.5 Discrete Phase Codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .302
5.5.1 Barker Codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .303
5.5.2 Frank and Digital Chirp Codes. . . . . . . . . . . . . . . . . . .318
5.5.3 Complementary Codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
5.5.3.1 Complementary Code Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
5.5.3.2 Type II Complementary Codes. . . . . . . . . . . . . . . . . .  330
5.5.3.3 Polyphase Complementary Codes . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
5.5.3.4 Self-Noise Performance of Complementary Codes . . . . . . . . . 335
5.6 Hybrid Waveforms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
5.6.1 Hybrid Spread Spectrum Stretch (S-Cubed). . . . . . . . . . . . . 336
5.6.2 Hybrid Spread Spectrum Stretch Processing . . . . . . . . . . . . 338
5.6.3 Waveform and Processing Parameters . . . . . . . . . . . . . . . .340
5.7 Noise Propagation in Pulse Compressors. . . . . . . . . . . . . . . 343
5.8 Waveform Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .347
5.9 Exercises. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .348
5.10 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
Chapter 6 Stealth Antennas and Radomes . . . . . . . . . . . . . . . . .351
6.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
6.2 Antenna Parameters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
6.2.1 Fundamental Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351
6.2.2 Antenna Radiation Pattern and Aperture Distribution . . . . . . . 354
6.3 Single Radiators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .359
6.3.1 The Electric Dipole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
6.3.2 The Magnetic Dipole or Small Loop . . . . . . . . . . . . . . . . 363
6.3.3 Slot Radiators. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364
6.3.4 Small Rectangular Slot in Infinite Ground Plane . . . . . . . . . 365
6.3.4.1 Near Half-Wave Radiating Slot in Infinite Ground Plane . . . . .365
6.3.4.2 Slot Near Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366
6.3.5 Broadband Radiators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368
6.4 Antenna Arrays. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370
6.4.1 Simple Apertures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .370
6.4.2 Sidelobe Reduction Functions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
6.4.3 Error-Induced Antenna Pattern Degradation. . . . . . . . . . . . .378
6.4.4 Arrays of Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .383
6.5 Electronically Scanned Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
6.5.1 Single-Beam Antennas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .386
6.5.2 Multibeam Antennas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .395
6.6 Antenna Scattering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .396
6.6.1 Basic Notions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396
6.6.2 Estimating Antenna RCS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .406
6.6.3 Estimating Errors Resulting from Circuit Variations . . . . . . . 416
6.7 Low-RCS Radomes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .422
6.7.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
6.7.2 Antenna and Radome Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . .422
6.7.3 General Formulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .427
6.7.4 Composite Radomes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .428
6.7.5 Thick Frequency Selective Layers . . . . . . . . . . . . . . . . .435
6.7.6 Edge Treatment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439
6.7.7 Coordinate Rotations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .442
6.7.8 Radome and Antenna RCS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .446
6.8 Exercises. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .451
6.9 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .454
Chapter 7 Signal Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
7.1 Introduction to Stealth Signal Processing . . . . . . . . . . . . . 457
7.1.1 Example Signal Processors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457
7.1.2 Basic Digital Signal Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
7.1.3 Matched Filtering and Straddling Losses . . . . . . . . . . . . . 464
7.1.4 Multiple Time around Echoes, Multipath, and Eclipsing. . . . . . .467
7.2 Noise in Digital Signal Processing Systems . . . . . . . . . . . . .470
7.2.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470
7.2.2 Noise and Gain in Signal-Selective Networks . . . . . . . . . . . 472
7.2.3 Effects of Processing Order on Dynamic Range. . . . . . . . . . . 474
7.2.3.1 Pulse Compression and Beamforming . . . . . . . . . . . . . . . 475
7.2.3.2 Scale Factor Changes, Saturation, and Truncation. . . . . . . . 475
7.2.4 Saturation, Quantization, and Optimum Signal Level . . . . . . . .476
7.2.5 Noise in Prefiltering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
7.2.5.1 Saturation and Truncation Introduced by Prefiltering . . . . . .485
7.2.5.2 Coefficient Noise and Stability of Prefilters. . . . . . . . . .486
7.2.6 Noise and Signal Response in Narrowband Filtering. . . . . . . . .486
7.2.7 Roundoff, Saturation, and Truncation. . . . . . . . . . . . . . . 488
7.2.8 Multiplier Roundoff Noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488
7.2.9 Saturation and Truncation During FFT Processing. . . . . . . . . .491
7.3 Air Target—Search, Acquisition, Track. . . . . . . . . . . . . . . 492
7.3.1 Air Target Search . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492
7.3.2 False Alarm Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499
7.3.3 Air Target Tracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501
7.4 Terrain Following/Terrain Avoidance . . . . . . . . . . . . . . . . 504
7.5 Real Beam Ground Map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .511
7.6 Doppler Beam Sharpening . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512
7.7 Synthetic Aperture Radar (SAR) Mapping. . . . . . . . . . . . . . . 514
7.8 Ground MTI and MTT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .519
7.8.1 Ground Moving Target Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519
7.8.2 Ground Moving Target Thresholding . . . . . . . . . . . . . . . . 521
7.8.3 GMT Tracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .522
7.9 Quiet Weapon Delivery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527
7.10 Data Links . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
7.10.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .529
7.10.2 Data Compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531
7.10.3 Jammer Nulling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .535
7.11 Adaptive Processing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537
7.12 Exercises. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541
7.13 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542
Appendix A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545
Glossary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561

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