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第1章 绪论 1

1.1 阵列信号处理应用范围 1

1.2 研究历史与现状 2

1.2.1 阵增益与稳健性 3

1.2.2 波束图优化设计 5

1.2.3 恒定主瓣响应波束设计 8

1.2.4 波束形成器的实现 9

1.2.5 目标方位估计 12

1.3 本书的结构 13

第2章 基本知识介绍 15

2.1 引言 15

2.2 数学模型 16

2.2.1 基阵 16

2.2.2 信号模型 16

2.2.3 噪声场模型 18

2.2.4 基阵接收数据模型 19

2.2.5 快拍数据模型 20

2.3 波束形成 23

2.3.1 波束形成表达形式 23

2.3.2 窄带波束形成及其性能参数 26

2.4 常见的波束形成器 33

2.4.1 常规波束形成器 33

2.4.2 MVDR波束形成器 35

2.4.3 MVDR波束形成器的稳健性 41

2.5 本章小结 47

第3章 稳健自适应波束形成 48

3.1 引言 48

3.2 样本协方差矩阵求逆法 49

3.3 对角加载法 53

3.4 加权向量范数约束法 62

3.4.1 加权向量范数约束与对角加载波束形成器的关系 62

3.4.2 范数约束波束形成器的二阶锥规划求解方法 64

3.4.3 范数约束波束形成器对角加载量求解法 64

3.5 最差性能最佳化法 70

3.6 协方差矩阵拟和法 72

3.7 双约束法 79

3.7.1 算法描述 79

3.7.2 尽可能小的椭圆不确定集 82

3.7.3 算例 82

3.8 各种波束形成方法性能比较 87

3.9 本章小结 92

第4章 旁瓣控制波束形成 94

4.1 引言 94

4.2 窗函数加权法 95

4.2.1 几种重要的窗函数 95

4.2.2 波束指向调整 99

4.3 凹槽噪声法 100

4.4 零点展宽技术 106

4.4.1 干扰方位扩展法 106

4.4.2 频带扩展法 108

4.4.3 协方差矩阵锥化法 109

4.5 最低旁瓣波束形成器 112

4.5.1 最低旁瓣波束设计 112

4.5.2 稳健最低旁瓣波束设计 116

4.6 旁瓣控制高增益波束形成器 118

4.6.1 低旁瓣自适应波束设计 118

4.6.2 旁瓣控制高增益波束设计 119

4.6.3 稳健旁瓣控制波束设计 121

4.7 抗阵列流形误差的稳健低旁瓣波束形成 125

4.7.1 问题描述 125

4.7.2 L2范数准则 126

4.7.3 L1范数准则 127

4.7.4 最差旁瓣下界 128

4.8 本章小结 133

第5章 波束图综合 135

5.1 引言 135

5.2 最小误差逼近法 136

5.2.1 问题描述 136

5.2.2 最小均方准则法 137

5.2.3 最小误差范数法 140

5.3 期望主瓣响应波束设计 142

5.3.1 问题描述 142

5.3.2 旁瓣控制主瓣最小误差逼近 143

5.3.3 主瓣精度约束最低旁瓣波束设计 144

5.3.4 窄带波束优化统一形式 146

5.4 恒定主瓣响应波束设计 148

5.4.1 宽带波束图 148

5.4.2 恒定主瓣响应波束图 149

5.5 期望主瓣幅度响应波束设计 154

5.5.1 问题描述 154

5.5.2 相位迭代法 154

5.5.3 分解迭代法 155

5.5.4 设计实例 158

5.6 本章小结 161

第6章 宽带波束形成器的实现 163

6.1 引言 163

6.2 频域DFT波束形成器 164

6.2.1 DFT波束形成 164

6.2.2 另一种解释 167

6.2.3 分析与讨论 168

6.3 时域FIR波束形成器 173

6.4 基于FFT的FIR波束形成 175

6.5 FIR波束形成器中的滤波器设计 178

6.5.1 最小加权误差准则 179

6.5.2 约束最小加权误差准则 182

6.6 FIR波束形成器分步设计法 186

6.6.1 设计原理 186

6.6.2 时域宽带常规波束形成 188

6.6.3 恒定主瓣响应FIR波束形成器 191

6.6.4 旁瓣控制高增益FIR波束形成器 193

6.7 本章小结 194

第7章 宽带波束优化 196

7.1 引言 196

7.2 最小合成误差全局优化恒定主瓣响应FIR波束形成 197

7.2.1 分步设计法的局限性 197

7.2.2 FIR宽带波束响应 198

7.2.3 恒定主瓣响应FIR波束形成器 200

7.3 宽带自适应FIR波束形成 206

7.3.1 数据协方差矩阵 206

7.3.2 自适应FIR波束形成器设计 208

7.3.3 旁瓣控制自适应FIR波束设计 211

7.4 最小差异恒定主瓣响应FIR波束形成 217

7.4.1 最小合成误差全局优化法的局限性 217

7.4.2 最小差异设计法 217

7.4.3 宽带FIR波束优化统一形式 226

7.5 几种宽带FIR波束设计方法比较 228

7.6 本章小结 228

第8章 目标方位估计 230

8.1 引言 230

8.2 窄带阵元域MUSIC方位估计 231

8.3 窄带矩阵空域预滤波方位估计 235

8.3.1 矩阵空域滤波原理 235

8.3.2 矩阵空域滤波器设计 236

8.3.3 空域预滤波DOA估计 238

8.3.4 方位估计步骤 239

8.4 窄带波束域方位估计 244

8.4.1 波束域方法 244

8.4.2 方位估计步骤 245

8.5 宽带非相干方位估计 248

8.6 宽带相干信号子空间方位估计 253

8.6.1 相干信号协方差矩阵的奇异性 253

8.6.2 相干子空间方位估计算法 254

8.6.3 相干子空间方位估计步骤 256

8.6.4 相干信号源方位估计的Cramer-Rao下界 257

8.7 宽带波束域方位估计 261

8.7.1 波束域方位估计方法简介 261

8.7.2 频域处理实现步骤 262

8.7.3 时域处理实现步骤 264

8.8 本章小结 271

参考文献 274

附录 287

A 二阶锥规划方法 287

A.1 二阶锥规划简介 287

A.2 二阶锥规划求解软件SeDuMi 288

B 部分主要的符号说明 290

B.1 变量符号 290

B.2 部分算术符号 297

C 设计实例目录 298