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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SeDuMi288

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