传感器阵列波束优化设计及应用

序言

前言

第1章 绪论

1.1 阵列信号处理应用范围

1.2 研究历史和现状

1.2.1 阵增益和稳定性

1.2.2 波束图优化设计

1.2.3 恒定主瓣响应波束设计

1.2.4 实现波束形成器

1.2.5 估计目标方位

1.3 本书的结构

第2章 介绍基础知识

2.1 引言

2.2 数学模型

2.2.1 基阵

2.2.2 信号模型

2.2.3 噪声场模型

2.2.4 接收数据模型的基阵

2.2.5 数据模型模型

2.3 波束形成

2.3.1 波束形成表达形式

2.3.2 窄带波束的形成及其性能参数

2.4 常见的波束形成器

2.4.1 常规波束形成器

2.4.2 MVDR波束形成器

2.4.3 MVDR波束形成器的稳健性

2.5 本章小结

第3章 形成稳定的自适应波束

3.1 引言

3.2 样本协方差矩阵逆法

3.3 对角加载法

3.4 加权向量范数约束法

3.4.1 加权向量范数约束与对角加载波束形成器的关系

3.4.2 范数约束波束形成器二阶锥规划解决方法

3.4.3 范数约束波束形成对角加载量的解决方法

3.5 最差性能最佳化法

3.6 协方差矩阵拟和法

3.7 双约束法

3.7.1 算法描述

3.7.2 尽可能小的椭圆不确定

3.7.3 算例

3.8 各种波束形成方法的性能比较

3.9 本章小结

第4章 旁瓣控制波束的形成

4.1 引言

4.2 窗函数加权法

4.2.1 几个重要的窗函数

4.2.2 波束指向调整

4.3 凹槽噪声法

4.4 零点拓宽技术

4.4.1 干扰方位扩展法

4.4.2 频带扩展法

4.4.3 协方差矩阵锥化法

4.5 最低侧瓣波束形成器

4.5.1 最低侧瓣波束设计

4.5.2 稳定的最低旁瓣波束设计

4.6 旁瓣控制高增益波束形成器

4.6.1 低旁瓣自适应波束设计

4.6.2 旁瓣控制高增益波束设计

4.6.3 稳定旁瓣控制波束设计

4.7 稳定的低旁瓣波束形成抗阵列流形误差

4.7.1 问题描述

4.7.2 L2范数准则

4.7.3 L1范数准则

4.7.4 旁瓣下界最差

4.8 本章小结

第5章 波束图综合

5.1 引言

5.2 最小误差接近法

5.2.1 问题描述

5.2.2 最小均方准则法

5.2.3 最小误差范数法

5.3 期望主瓣响应波束设计

5.3.1 问题描述

5.3.2 旁瓣控制主瓣最小误差接近

5.3.3 主瓣精度约束最低

5.3.4 窄带波束优化统一形式

5.4 恒定主瓣响应波束设计

5.4.1 宽带波束图

5.4.2 恒定主瓣响应波束图

5.5 期望主瓣幅度响应波束设计

5.5.1 问题描述

5.5.2 相位迭代法

5.5.3 分解迭代法

5.5.4 设计实例

5.6 本章小结

第6章 实现宽带波束形成器

6.1 引言

6.2 频域DFT波束形成器

6.2.1 DFT波束形成

6.2.2 另一种解释

6.2.3 分析与讨论

6.3 时域FIR波束形成器

6.4 基于FFT的FIR波束形成

6.5 FIR波束形成器中滤波器的设计

6.5.1 最小加权误差标准

6.5.2 限制最小加权误差

6.6 FIR波束形成器分步设计方法

6.6.1 设计原理

6.6.2 常规的域宽带波束形成

6.6.3 恒定主瓣响应FIR波束形成器

6.6.4 旁瓣控制高增益FIR波束形成器

6.7 本章小结

第7章 宽带波束优化

7.1 引言

7.2 恒定主瓣响应最小合成误差全局优化FIR波束形成

7.2.1 分步设计方法的局限性

7.2.2 FIR宽带波束响应

7.2.3 恒定主瓣响应FIR波束形成器

7.3 宽带自适应FIR波束形成

7.3.1 数据协方差矩阵

7.3.2 自适应FIR波束形成器设计

7.3.3 旁瓣控制自适应FIR波束设计

7.4 恒定主瓣响应最小差异FIR波束形成

7.4.1 全局优化法最小合成误差的局限性

7.4.2 最小差异设计方法

7.4.3 宽带FIR统一形式的波束优化

7.5 几种宽带FIR比较波束设计方法

7.6 本章小结

第8章 估计目标方位

8.1 引言

8.2 窄带阵元域MUSIC方位估计

8.3 估计窄带矩阵空域预滤波方位

8.3.1 矩阵空域滤波原理

8.3.2 矩阵空域滤波器设计

8.3.3 空域预滤波DOA估计

8.3.4 方位估计步骤

8.4 估计窄带波束域的方位

8.4.1 波束域方法

8.4.2 方位估计步骤

8.5 估计宽带非相关方位

8.6 估计宽带相关信号子的空间方位

8.6.1 奇异性相关信号协方差矩阵

8.6.2 估关子空间方位估计算法

8.6.3 相干子空间方位估计步骤

8.6.4 相关信号源方位估计Cramer-Rao下界

8.7 宽带波束域方位估计

8.7.1 波束域方位估计方法简介

8.7.2 实现频域处理步骤

8.7.3 实现时域处理步骤

8.8 本章小结

参考文献

附录

A 二阶锥规划方法

A.1 二阶锥规划简介

A.2 二阶锥规划解决软件SeDuMi

B 部分主要符号说明

B.1 变量符号

B.2 部分算术符号

C 设计实例目录