自適應(yīng)陣列處理

前言

　　自適應(yīng)陣列處理是近50年來(lái)一直處于不斷發(fā)展的一門(mén)重要技術(shù)，在雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、聲吶、電子對(duì)抗、地震預(yù)報(bào)、語(yǔ)音處理、地質(zhì)勘探、射電天文、生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域有著極其廣闊的應(yīng)用前景。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，該技術(shù)仍處于迅速發(fā)展之中。從國(guó)際來(lái)看，學(xué)術(shù)研究仍是熱點(diǎn)，有大量文獻(xiàn)報(bào)道其新成果與新進(jìn)展，特別是該技術(shù)已成功應(yīng)用于大量武器裝備和民用電子設(shè)備與系統(tǒng)。從國(guó)內(nèi)來(lái)講，無(wú)論是新型高性能武器裝備的研發(fā)還是民用相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，也都迫切需要發(fā)展與應(yīng)用該技術(shù)。為此，我們?cè)诜治隹偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外主要研究工作與成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合多年來(lái)的研究成果與心得體會(huì)撰寫(xiě)此專(zhuān)著，希望為從事該領(lǐng)域的專(zhuān)家學(xué)者、工程技術(shù)人員及廣大師生提供一部有價(jià)值的參考書(shū)或教學(xué)用書(shū)。此外，空時(shí)自適應(yīng)信號(hào)處理、空間譜估計(jì)與自適應(yīng)陣列處理三個(gè)專(zhuān)業(yè)方向的共同特點(diǎn)是均涉及空域（傳感器陣列的多個(gè)空間通道），但也均離不開(kāi)時(shí)域處理。因此，本人認(rèn)為，它們可統(tǒng)稱(chēng)為“空時(shí)信號(hào)處理”，或者更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)刂v，它們是“空時(shí)信號(hào)處理”的三大主要內(nèi)容。我曾與其他同志合作，出版了《空時(shí)自適應(yīng)信號(hào)處理》、《空間譜估計(jì)理論與算法》兩部著作，鑒于該領(lǐng)域的系統(tǒng)性，我們一直在努力將自適應(yīng)陣列處理這一方向的相關(guān)工作同樣形成一部專(zhuān)著，便于廣大科技工作者更全面掌握空時(shí)信號(hào)處理的主要內(nèi)容?！　∮捎谧赃m應(yīng)陣列處理的研究前人已做了大量卓有成效的工作，理論與技術(shù)內(nèi)容非常豐富。因此，我們深切地體會(huì)到要撰寫(xiě)成這方面的一部好專(zhuān)著是十分困難的。一方面因?yàn)槲覀冏陨淼膭?chuàng)新工作與成果相比于整個(gè)技術(shù)體系來(lái)說(shuō)很不夠； 另一方面，廣大讀者必然希望該專(zhuān)著在具有很強(qiáng)創(chuàng)新性的同時(shí)具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性。盡管如此，我們?nèi)耘ψ珜?xiě)好這部專(zhuān)著，盡可能滿(mǎn)足廣大讀者的需要，并力求在以下幾個(gè)方面形成特色：　?。?）　結(jié)構(gòu)體系新。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外雖然已經(jīng)出版了幾本涉及自適應(yīng)陣列處理內(nèi)容的優(yōu)秀著作，但本書(shū)則是緊緊圍繞自適應(yīng)陣列處理理論與方法這一專(zhuān)題進(jìn)行統(tǒng)一描述、系統(tǒng)闡述與深入研究的一部學(xué)術(shù)專(zhuān)著。尤其是本書(shū)的第4~~8章的內(nèi)容，僅散見(jiàn)于各類(lèi)文獻(xiàn)，在公開(kāi)出版的書(shū)籍中很少涉及。本書(shū)的內(nèi)容經(jīng)精心組織，各章之間緊密聯(lián)系，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體。自適應(yīng)陣列處理的核心在于自適應(yīng)陣列處理的方法。為此，我們?cè)谘芯扛鞣N典型方法的基礎(chǔ)上，研究了各種方法之間的內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)而提出了方法的統(tǒng)一框架，這便于讀者理解掌握，也為研究者進(jìn)一步提出新方法及豐富與發(fā)展該學(xué)科的理論體系奠定基礎(chǔ)。　?。?）　內(nèi)容選擇精。自適應(yīng)陣列處理由于其理論豐富與應(yīng)用廣泛，公開(kāi)報(bào)道的文獻(xiàn)數(shù)量非常之多，涉及內(nèi)容非常之廣。為了寫(xiě)好此書(shū)，我們收集了大量的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料，并在內(nèi)容上做了精心選擇，以突出自適應(yīng)陣列處理方法為主線進(jìn)行提煉總結(jié)，盡可能地反映出這門(mén)技術(shù)中的精華內(nèi)容?！　。?） 創(chuàng)新程度高。盡管該領(lǐng)域的內(nèi)容十分豐富，但我們?nèi)粤η蠓从吵銎渥钚碌难芯砍晒c最新發(fā)展，并主要反映我們近年來(lái)的研究成果、心得與見(jiàn)解。尤其對(duì)書(shū)中介紹的絕大多數(shù)方法做了詳細(xì)的計(jì)算機(jī)仿真分析與比較研究?！　。?） 工程實(shí)用性強(qiáng)。自適應(yīng)陣列處理技術(shù)的工程應(yīng)用價(jià)值很大程度上取決于方法的性能與實(shí)用性。因此，我們圍繞方法進(jìn)行了詳細(xì)深入的分析與討論，以正確把握各種方法的特點(diǎn)、性能、適用條件及實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性，從而便于實(shí)際應(yīng)用。其中，方法的誤差魯棒性是方法應(yīng)用于實(shí)際工程并確保處理系統(tǒng)高性能最為關(guān)鍵的因素之一，因此，我們系統(tǒng)深入地研究了這一問(wèn)題，并進(jìn)行了詳細(xì)討論。　　經(jīng)過(guò)我們近5年的努力，終于提交了這本著作。但由于本學(xué)科發(fā)展極為迅速，特別是實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域甚廣，很難根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域一一展開(kāi)討論，敬請(qǐng)不同領(lǐng)域的讀者見(jiàn)諒。此外，　　限于作者水平，書(shū)中定有不少不妥與不足之處，甚至還有錯(cuò)誤，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正！　　回想起來(lái)，能寫(xiě)成這部專(zhuān)著得益于我的老師、同事、同行與學(xué)生，沒(méi)有他們的指導(dǎo)與幫助，要完成此書(shū)是不可能的！在此，我要首先感謝我的恩師保錚院士（我的博士生導(dǎo)師），是他把我領(lǐng)進(jìn)了這一領(lǐng)域，教給了研究的方法，培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)，使我受益終身。要感謝清華大學(xué)的彭應(yīng)寧教授（我的博士后導(dǎo)師），我們長(zhǎng)期的合作研究使我受益匪淺，不斷進(jìn)步。要感謝與我共同完成專(zhuān)著的丁前軍博士后、李榮鋒博士后，他們做了大量工作，付出了不少心血。我們攜手共同克服種種困難，執(zhí)著地為完成這部專(zhuān)著而努力。要感謝我?guī)ьI(lǐng)的這支“空時(shí)信號(hào)處理”團(tuán)隊(duì)，十年來(lái)我們共同為空時(shí)信號(hào)處理及其應(yīng)用并肩戰(zhàn)斗、不懈努力，取得了讓本領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外同行專(zhuān)家認(rèn)可的一些成果。其中，陳建文教授、王首勇教授、陳輝副教授、許稼副教授、謝文沖博士、鮑拯博士等許多同志在團(tuán)隊(duì)中都發(fā)揮了很好的作用，他們?cè)诳諘r(shí)自適應(yīng)處理、空間譜估計(jì)等方面做了大量富有成效的工作，與自適應(yīng)陣列處理的工作形成了一個(gè)有機(jī)的整體。要衷心感謝張光義院士、彭應(yīng)寧教授和梁甸農(nóng)教授，他們熱心推薦出版這部著作。要感謝皇甫堪教授、何子述教授、文必洋教授等許多專(zhuān)家教授對(duì)本書(shū)的撰寫(xiě)提出了許多有益的意見(jiàn)與建議。還要感謝王超博士后、蘇保偉博士、戴凌燕博士生為本書(shū)所做的部分工作。最后，要特別感謝鄒開(kāi)顏編輯為本書(shū)做了大量細(xì)致的工作，并耐心地等待此書(shū)的“最終手稿”。

內(nèi)容概要

自適應(yīng)陣列處理是信號(hào)處理中的一個(gè)重要研究方向，在雷達(dá)、通信、聲吶等眾多領(lǐng)域有極為廣闊的應(yīng)用前景。本書(shū)深入、系統(tǒng)地論述了自適應(yīng)陣列處理的理論、算法及算法之間的內(nèi)在關(guān)系。書(shū)中總結(jié)了作者多年來(lái)的研究成果以及國(guó)際上這一領(lǐng)域的研究進(jìn)展。全書(shū)由8章組成，主要內(nèi)容有自適應(yīng)陣列處理的研究進(jìn)展、基本概念與原理、自適應(yīng)陣列處理、部分自適應(yīng)陣列處理、空域多級(jí)維納濾波器、特殊干擾抑制的自適應(yīng)波束形成技術(shù)、自適應(yīng)陣列方向圖控制、誤差影響及校正等。    本書(shū)是關(guān)于自適應(yīng)陣列處理理論與技術(shù)的一部專(zhuān)著，可供從事雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、聲吶與電子對(duì)抗等領(lǐng)域的廣大技術(shù)人員學(xué)習(xí)與參考，也可作為高等院校和科研院所信號(hào)與信息處理、通信與信息系統(tǒng)等專(zhuān)業(yè)的研究生教材或參考書(shū)。

作者簡(jiǎn)介

E永良，1965年生干浙江嘉興，1994年于西安科技大學(xué)獲工學(xué)博士學(xué)位，1996年清華大學(xué)電子工程系博士后出站，同年晉升為教授。現(xiàn)為空軍雷達(dá)學(xué)院科研部部長(zhǎng)，并先后被國(guó)防科技大學(xué)、海軍工：程大學(xué)、空軍：工程大學(xué)、華中科技大學(xué)以及中電集團(tuán)第十四研究所等院校、科研學(xué)．位聘為

書(shū)籍目錄

第1章 緒論  1.1 引言  1.2 自適應(yīng)陣列處理的研究進(jìn)展  1.3 本書(shū)的主要內(nèi)容  參考文獻(xiàn)第2章 自適應(yīng)陣列處理的基本概念與原理  2.1 引言  2.2 自適應(yīng)濾波  2.3 自適應(yīng)陣列處理的數(shù)學(xué)模型  2.4 確知波束形成  2.5 空間匹配濾波器  2.6 統(tǒng)計(jì)最優(yōu)波束形成  2.7 自適應(yīng)波束形成算法  附錄  參考文獻(xiàn)第3章 自適應(yīng)陣列處理  3.1 引言  3.2 自適應(yīng)旁瓣相消器  3.3 最小方差無(wú)失真響應(yīng)波束形成器與廣義旁瓣相消器  3.4 線性約束最小方差波束形成器與線性約束廣義旁瓣相消器  3.5 多級(jí)維納濾波器  3.6 約束多級(jí)維納濾波器（CMWF）  3.7 自適應(yīng)陣列處理典型算法的內(nèi)在關(guān)系  3.8 小結(jié)  附錄  參考文獻(xiàn)第4章 部分自適應(yīng)陣列處理  4.1 引言  4.2 降維自適應(yīng)陣列處理  4.3 降秩自適應(yīng)陣列處理  4.4 自適應(yīng)陣列處理的算法體系與統(tǒng)一框架  4.5 小結(jié)  附錄  參考文獻(xiàn)第5章 空域多級(jí)維納濾波器  5.1 引言  5.2 多級(jí)維納濾波器特性分析  5.3 GRS多級(jí)維納濾波器和相關(guān)相減算法多級(jí)維納濾波器  5.4 改進(jìn)的相關(guān)相減算法多級(jí)維納濾波器  5.5 迭代相關(guān)相減算法多級(jí)維納濾波器  參考文獻(xiàn)第6章 特殊干擾抑制的自適應(yīng)波束形成技術(shù)  6.1 引言  6.2 相干干擾抑制技術(shù)  6.3 針對(duì)干擾位置快變化的運(yùn)動(dòng)干擾抑制技術(shù)  6.4 基于數(shù)據(jù)阻塞矩陣預(yù)處理的主瓣干擾抑制技術(shù)  6.5 小結(jié)  附錄  參考文獻(xiàn)第7章 自適應(yīng)陣列方向圖控制  7.1 引言  7.2 基于自適應(yīng)陣?yán)碚摰撵o態(tài)方向圖數(shù)值綜合方法（NPS）  7.3 約束最優(yōu)化靜態(tài)方向圖綜合  7.4 線性約束自適應(yīng)方向圖控制  7.5 二次波束約束自適應(yīng)方向圖控制  7.6 小結(jié)  附錄  參考文獻(xiàn)第8章 誤差對(duì)自適應(yīng)陣列性能的影響及其校正  8.1 引言  8.2 陣元通道幅相誤差的影響分析  8.3 陣元互耦的影響及補(bǔ)償分析  8.4 頻帶不一致性的影響及解決方法  8.5 小結(jié)  附錄  參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章 緒論　　1.1 引言　　自適應(yīng)陣列處理是陣列信號(hào)處理的主要分支之一，可廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通信、聲吶、導(dǎo)航、語(yǔ)音信號(hào)處理、地震監(jiān)測(cè)、地質(zhì)勘探、射電天文以及生物醫(yī)學(xué)工程等眾多軍事及國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。自適應(yīng)陣列處理已經(jīng)走過(guò)了近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷程，尤其在近30年得到了迅速發(fā)展，特別是現(xiàn)在隨著無(wú)線數(shù)字通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，自適應(yīng)陣列處理應(yīng)用于移動(dòng)通信系統(tǒng)引起了廣泛的重視和研究興趣，進(jìn)一步加速了該技術(shù)的發(fā)展?！　槭裁匆捎藐嚵刑炀€而不采用單個(gè)連續(xù)孔徑的天線呢？主要原因有二。第一，為達(dá)到足夠的分辨率，天線的有效孔徑相對(duì)工作波長(zhǎng)必須足夠大，這對(duì)高頻信號(hào)容易滿(mǎn)足，但對(duì)于頻率較低的信號(hào)（如米波），要求的天線孔徑較大，采用單個(gè)天線實(shí)現(xiàn)是不現(xiàn)實(shí)的；而采用空間離散的陣列天線則可合成等效孔徑。第二，陣列天線與自適應(yīng)信號(hào)處理技術(shù)相結(jié)合，可方便地進(jìn)行方向圖控制，自適應(yīng)地抑制未知來(lái)向的干擾；而單個(gè)天線的方向圖由其形狀決定，無(wú)法賄信導(dǎo)環(huán)堵改變。

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