魯棒自適應(yīng)陣列信號(hào)處理

前言

智能天線技術(shù)是由微波技術(shù)、自動(dòng)控制理論、自適應(yīng)陣列技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)等多學(xué)科交叉發(fā)展而成的一門新技術(shù)，其核心是陣列信號(hào)處理。陣列信號(hào)處理的理論和方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、聲納、航空航天、地球物理、生物醫(yī)學(xué)和通信等領(lǐng)域，傳統(tǒng)的陣列信號(hào)處理理論及其應(yīng)用已日趨成熟。在實(shí)際通信系統(tǒng)中，誤差的存在是不可避免的，尤其是在信號(hào)環(huán)境復(fù)雜的條件下，系統(tǒng)的性能急劇下降，在高信噪比時(shí)，期望信號(hào)會(huì)被當(dāng)做干擾而受到抑制，從而產(chǎn)生信號(hào)相消的現(xiàn)象。魯棒算法可以在不降低系統(tǒng)性能的前提下，改善信號(hào)和系統(tǒng)誤差的影響。因此，陣列信號(hào)處理的魯棒算法的研究受到了廣泛的關(guān)注。近年來，在教育部科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目和博士點(diǎn)基金的支持下，我們系統(tǒng)地研究了自適應(yīng)信號(hào)處理中的波束形成和波達(dá)方向估計(jì)問題，著重對(duì)魯棒自適應(yīng)波束形成方法及其在工程上的應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究并取得了些成果。作為研究工作的階段總結(jié)，我們將近年來的相關(guān)研究成果匯總成冊(cè)，構(gòu)成了本書的主要內(nèi)容，期望為從事通信和信號(hào)處理研究工作的同仁在理論分析方法和實(shí)際工程應(yīng)用上提供一些有益的幫助。本書是作者多年來研究成果的總結(jié)，同時(shí)介紹了國際上該領(lǐng)域的研究進(jìn)展，旨在為讀者提供系統(tǒng)的魯棒陣列信號(hào)處理的理論與技術(shù)，其中介紹了陣列信號(hào)處理的概念、基本原理和經(jīng)典算法，重點(diǎn)研究了魯棒波束形成算法，并結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用詳細(xì)描述了定性分析和定量計(jì)算。在本書的編寫過程中，作者力求在內(nèi)容選取、整體結(jié)構(gòu)、知識(shí)體系和寫作手法等方面做到：（1）選材廣泛，體系完整。本書參考了大量國內(nèi)外著名期刊的論文資料，尤其是在國際權(quán)威雜志“IEEE信號(hào)處理”、“天線傳播”期刊上發(fā)表的成果，以作者多年的研究成果為主體進(jìn)行了精心的組織、提煉和總結(jié)，盡量做到系統(tǒng)、全面地論述適用于實(shí)際通信環(huán)境的魯棒波束形成算法；在體系結(jié)構(gòu)上，按照循序漸進(jìn)的原則，從簡單的傳統(tǒng)陣列信號(hào)處理方法到適用于實(shí)際復(fù)雜環(huán)境的魯棒陣列信號(hào)處理方法，在層次清晰的基礎(chǔ)上保證了知識(shí)的整體性。（2）重視知識(shí)的新穎性，保證創(chuàng)新性。本書在介紹作者多年來在該領(lǐng)域所取得的研究成果的同時(shí)，詳細(xì)地介紹了魯棒陣列信號(hào)處理的最新成果與最新進(jìn)展，并給出了算法實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)步驟和計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果，是一部理論研究與實(shí)際應(yīng)用同步的專著。（3）深入淺出，可讀性強(qiáng)。本書采用基本原理與直觀的仿真實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，系統(tǒng)地介紹了魯棒陣列信號(hào)處理的理論與方法，深入淺出，使讀者能夠直觀、深刻地理解該領(lǐng)域的基本原理與實(shí)際應(yīng)用。全書共由9章構(gòu)成，主要內(nèi)容包括：陣列信號(hào)處理的基本理論和研究現(xiàn)狀；傳統(tǒng)陣列信號(hào)處理方法及其應(yīng)用；魯棒自適應(yīng)陣列信號(hào)處理的理論與技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行了分析與比較；適用于波達(dá)方向不確定情況的魯棒波束形成算法；在最差信號(hào)環(huán)境下的魯棒信號(hào)處理方法及其性能；基于可變對(duì)角載入的魯棒波束形成算法；基于二次型約束的魯棒陣列信號(hào)處理技術(shù)；魯棒算法的理論分析和實(shí)驗(yàn)分析；陣列信號(hào)處理的新發(fā)展。全書由宋昕執(zhí)筆，汪晉寬教授統(tǒng)稿。劉福來、高靜參與編寫了第1章的部分內(nèi)容，任敬國、王彬、許鵬完成了第1章和第2章的繪圖工作，薛延波、劉志剛、韓英華參與編寫了第3章的部分內(nèi)容。東北大學(xué)秦皇島分校在研究設(shè)備和資金上提供了資助，在此一并表示衷心的感謝！此外，本書參閱和引用了大量國內(nèi)外文獻(xiàn)資料，同樣向這些作者致以誠摯的謝意。由于自適應(yīng)信號(hào)處理正在飛速發(fā)展，加上作者水平有限，本書的選材與論述一定會(huì)有遺漏與不足之處，懇請(qǐng)諸位專家、同仁和讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　本書系統(tǒng)、深入地閱述了魯棒陣列信號(hào)處理的理論和方法，尤其是陣列信號(hào)處理的多種經(jīng)典算法和魯棒陣列信號(hào)處理技術(shù)，并給出了大量的定性分析和定量計(jì)算。全書共9章，內(nèi)容包括陣列信號(hào)處理基礎(chǔ)，自適應(yīng)波束形成算法，DOA估計(jì)算法，魯棒波束形成器的設(shè)計(jì)方法，適用于不同情況的魯棒波束形成算法，陣列信號(hào)處理的新發(fā)展?！　”緯〔男路f，內(nèi)容豐富，體系完整，涵蓋了作者多年來在該領(lǐng)域所取得的科研成果以及國內(nèi)外陣列信號(hào)處理的最新成果和最新進(jìn)展，是一部理論與實(shí)用研究同步的專著?！　”緯晒氖乱苿?dòng)通信、雷達(dá)信號(hào)處理及相關(guān)技術(shù)的專業(yè)技術(shù)人員、科研工作者，似及從事相關(guān)領(lǐng)域研究的高校教師、博士和碩士研究生閱讀參考。

書籍目錄

第1章  陣列信號(hào)處理基礎(chǔ) 　1.1  智能天線技術(shù) 　　1.1.1  智能天線的基本概念和基本原理 　　1.1.2  智能天線的分類 　　1.1.3  國內(nèi)外智能天線的研究現(xiàn)狀 　　1.1.4  智能天線的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用 　1.2  無線信道的電波傳播特性 　　1.2.1  無線電波傳播的基礎(chǔ)特性 　　1.2.2  衰落的無線信道 　1.3  陣列信號(hào)建模 　　1.3.1  理想情況下的數(shù)學(xué)模型 　　1.3.2  考慮信號(hào)誤差的數(shù)學(xué)模型 　　1.3.3  相干信號(hào)源的數(shù)學(xué)模型 　　1.3.4  分布式信源信號(hào)模型 　1.4  陣列信號(hào)處理的統(tǒng)計(jì)模型 　　1.4.1  統(tǒng)計(jì)模型的建立 　　1.4.2  方向圖函數(shù) 　1.5  空間信號(hào)處理的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 　　1.5.1  矩陣代數(shù)的相關(guān)知識(shí) 　　1.5.2  平穩(wěn)隨機(jī)過程 　　1.5.3  最優(yōu)化方法 　1.6  陣列信號(hào)處理的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 　　1.6.1  自適應(yīng)波束形成的研究現(xiàn)狀 　　1.6.2  波達(dá)方向估計(jì)的研究現(xiàn)狀 　1.7  本章小結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第2章  自適應(yīng)波束形成算法 　2.1  自適應(yīng)控制算法的性能量度 　　2.1.1  均方誤差（MSE）性能量度 　　2.1.2  信噪比（SNR）性能量度 　　2.1.3  最大似然（ML）性能量度 　　2.1.4  最小噪聲方差（NV）性能量度 　　2.1.5  最優(yōu)解的因式分解 　2.2  自適應(yīng)波束形成算法 　　2.2.1  波束形成的最優(yōu)權(quán)重向量 　　2.2.2  廣義旁瓣相消器 　　2.2.3  最小方差無畸變響應(yīng)（MVDR）算法 　　2.2.4  采樣自相關(guān)矩陣求逆（SMI）算法 　　2.2.5  直接矩陣求逆（DMI）算法 　　2.2.6  最小均方（LMS）算法 　　2.2.7  遞推最小二乘（RLS）算法 　　2.2.8  恒模（CMA）算法 　　2.2.9  神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法 　　2.2.10  寬帶信號(hào)的波束形成算法 　2.3  本章小結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第3章  DOA估計(jì)算法 　3.1  信號(hào)數(shù)目的推定 　　3.1.1  序列假設(shè)檢驗(yàn)（SH）準(zhǔn)則 　　3.1.2  AIC和MDL準(zhǔn)則 　　3.1.3  利用蓋氏圓半徑法進(jìn)行信源數(shù)目估計(jì) 　3.2  傳統(tǒng)的DOA估計(jì)方法 　　3.2.1  古典譜估計(jì)法 　　3.2.2  Capon最小方差法 　　3.2.3  線性預(yù)測(cè)方法 　　3.2.4  最大熵譜估計(jì) 　　3.2.5  MUSIC算法 　　3.2.6  ESPRIT算法 　　3.2.7  最大似然法 　3.3  魯棒DOA估計(jì)算法 　　3.3.1  適用于CDMA系統(tǒng)的魯棒DOA估計(jì)算法 　　3.3.2  互耦條件下的魯棒DOA估計(jì)算法 　　3.3.3  非高斯噪聲下的魯棒DOA估計(jì)算法 　　3.3.4  基于盲波束形成的DOA-Doppler魯棒估計(jì)算法 　　3.3.5  存在循環(huán)頻率誤差的魯棒DOA算法 　3.4  本章小結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第4章  魯棒波束形成器的設(shè)計(jì)方法 　4.1  影響算法魯棒性的因素 　4.2  魯棒波束形成算法 　　4.2.1  線性約束最小方差（LCMV）波束形成算法 　　4.2.2  對(duì)角載入SMI（LSMI）算法 　　4.2.3  特征空間算法 　　4.2.4  魯棒RLS算法 　　4.2.5  最差性能優(yōu)化魯棒波束形成算法 　　……第5章　適用于信號(hào)波達(dá)方向不確定情況的魯棒波束形成算法第6章　在最差信號(hào)環(huán)境下的魯棒自適應(yīng)波束形成算法第7章　基于可變對(duì)角載入的魯棒自適應(yīng)波束形成算法第8章　基于二次型約束的魯棒自適應(yīng)波束形成算法第9章　陣列信息處理的新發(fā)展

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