优化阵列信号处理

本书系统地介绍传感器阵列优化信号处理理论、方法及其应用。全书共14章，分为上、下两册，上册主要讨论波束设计的问题，介绍阵列信号处理基本概念与模型、窄带阵列信号处理，以及宽带阵列信号处理的理论与方法；下册主要讨论模态阵列处理与方位估计的问题，介绍声学阵列模态处理理论与方法，以及目标方位谱估计理论与方法。书中融入了作者近二十年来从事阵列信号处理方面科研工作的实际经验，纳入了作者在国内外重要刊物发表的数十篇论文，同时采纳了少量散见于各种文献中的部分相关内容。

前言
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 模态阵列信号处理 12
1.2.6 目标方位估计 15
1.2.7 二阶锥规划求解方法 16
1.3 本书的结构 16
第2章 阵列信号处理数学模型 18
2.1 引言 18
2.2 数学模型 19
2.2.1 基阵 19
2.2.2 信号模型 20
2.2.3 噪声场模型 24
2.2.4 基阵接收数据模型 26
2.2.5 快拍数据模型 28
2.3 波束形成 32
2.3.1 波束形成表达形式 32
2.3.2 窄带波束形成 34
2.3.3 窄带波束形成器的性能参数 35
2.3.4 波束扫描方位谱 44
2.4 常见的波束形成器 45
2.4.1 常规波束形成器 45
2.4.2 很好波束形成器 48
2.5 本章小结 55
第3章 规则阵波束设计 57
3.1 引言 57
3.2 线阵 57
3.2.1 连续线阵 57
3.2.2 均匀线列阵 65
3.2.3 二元阵 73
3.2.4 均匀线列阵窗函数加权 78
3.3 矩形阵 83
3.3.1 波束图乘积定理 83
3.3.2 均匀矩形阵 84
3.4 本章小结 87
第4章 波束稳健性分析 89
4.1 引言 89
4.2 很好波束形成器稳健性影响因素 89
4.3 导向向量失配对波束性能的影响 91
4.4 协方差矩阵失配对波束性能的影响 97
4.4.1 样本协方差矩阵求逆波束形成 97
4.4.2 样本协方差矩阵求逆法波束性能 98
4.5 超增益波束形成器的稳健性 101
4.6 本章小结 104
第5章 稳健波束设计 105
5.1 引言 105
5.2 对角加载法 105
5.3 加权向量范数约束法 115
5.3.1 加权向量范数约束与对角加载波束形成器的关系 115
5.3.2 范数约束波束形成器的二阶锥规划求解方法 117
5.3.3 范数约束波束形成器对角加载量求解法 117
5.4 最差性能很好化法 124
5.5 协方差矩阵拟合法 126
5.6 双约束法 133
5.6.1 算法描述 133
5.6.2 尽可能小的椭圆不确定集 136
5.7 各种波束形成方法性能比较 141
5.8 本章小结 147
第6章 波束旁瓣设计 150
6.1 引言 150
6.2 凹槽噪声法 151
6.3 零点展宽技术 157
6.3.1 干扰方位扩展法 158
6.3.2 频带扩展法 159
6.3.3 协方差矩阵锥化法 160
6.4 大力度优惠旁瓣波束形成器 163
6.4.1 大力度优惠旁瓣波束设计 163
6.4.2 稳健大力度优惠旁瓣波束设计 168
6.5 旁瓣控制高增益波束形成器 170
6.5.1 低旁瓣自适应波束设计 170
6.5.2 旁瓣控制高增益波束设计 171
6.5.3 稳健旁瓣控制波束设计 173
6.6 抗阵列流形误差的稳健低旁瓣波束形成 177
6.6.1 问题描述 177
6.6.2 *2范数准则 178
6.6.3 *1范数准则 179
6.6.4 最差旁瓣下界 181
6.7 本章小结 185
第7章 波束主瓣设计 187
7.1 引言 187
7.2 最小误差逼近法 188
7.2.1 误差范数表述 188
7.2.2 最小均方准则法 189
7.2.3 最小误差范数法 192
7.3 期望主瓣响应波束设计 195
7.3.1 问题描述 195
7.3.2 旁瓣控制主瓣最小误差逼近 196
7.3.3 主瓣精度约束大力度优惠旁瓣波束设计 197
7.3.4 窄带波束优化统一形式 199
7.4 恒定主瓣响应波束设计 201
7.4.1 宽带波束图 201
7.4.2 恒定主瓣响应波束图 202
7.5 期望主瓣幅度响应波束设计 207
7.5.1 问题描述 207
7.5.2 相位迭代法 207
7.5.3 分解迭代法 208
7.6 本章小结 214
第8章 宽带波束形成 216
8.1 引言 216
8.2 频域DFT波束形成器 217
8.2.1 DFT波束形成 217
8.2.2 另一种解释 220
8.2.3 分析与讨论 222
8.3 时域FIR波束形成器 226
8.4 基于FFT的FIR波束形成 229
8.5 FIR波束形成器中的滤波器设计 231
8.5.1 最小加权误差准则 232
8.5.2 约束最小加权误差准则 236
8.6 FIR波束形成器分步设计法 239
8.6.1 设计原理 239
8.6.2 时域宽带常规波束形成 241
8.6.3 恒定主瓣响应FIR波束形成器 244
8.6.4 旁瓣控制高增益FIR波束形成器 246
8.7 本章小结 248
第9章 宽带优化波束设计 250
9.1 引言 250
9.2 最小合成误差全局优化恒定主瓣响应FIR波束形成 251
9.2.1 分步设计法的局限性 251
9.2.2 FIR宽带波束响应 252
9.2.3 恒定主瓣响应FIR波束形成器 254
9.3 宽带自适应FIR波束形成 260
9.3.1 数据协方差矩阵 260
9.3.2 自适应FIR波束形成器设计 263
9.3.3 旁瓣控制自适应FIR波束设计 266
9.4 最小差异恒定主瓣响应FIR波束形成 273
9.4.1 最小合成误差全局优化法的局限性 273
9.4.2 最小差异设计法 274
9.4.3 宽带FIR波束优化统一形式 283
9.5 几种宽带FIR波束设计方法比较 285
9.6 本章小结 286
参考文献 288
附录A 二阶锥规划方法 303
A.1 二阶锥规划简介 303
A.2 二阶锥规划求解软件SeDuMi 305
附录B 部分主要的符号说明 307
B.1 缩写词 307
B.2 变量符号 308
B.3 部分算术符号 316
附录C 设计实例目录 318