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優化陣列信號處理--快速優化算法與應用(精) 版權信息
- ISBN：9787030691200
- 條形碼：9787030691200 ; 978-7-03-069120-0
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
優化陣列信號處理--快速優化算法與應用(精) 本書特色
吶、雷達、麥克風陣列、無線通信等陣列信號處理相關專業的本科生、研究生和教師，相關專業科學研究與工程技術人員
優化陣列信號處理--快速優化算法與應用(精) 內容簡介
本書系統地介紹傳感器陣列波束形成器優化設計方法、求解算法及其應用。全書分6章，主要討論窄帶與寬帶波束形成器陣增益、穩健性、旁瓣級、主瓣響應等多個性能指標之間的耦合規律、優化折中設計方法及快速求解算法。本書融入作者二十余年來從事陣列信號處理方面科研工作的實際經驗。本書對波束優化設計問題研究透徹，算法推導嚴密，邏輯性強，并提供大量設計范例。
優化陣列信號處理--快速優化算法與應用(精) 目錄
目錄
前言
第1章 寬容高增益波束優化設計 1
1.1 概述 1
1.2 基本知識介紹 2
1.2.1 陣列信號時域與頻域表述 2
1.2.2 頻域快拍 5
1.2.3 波束形成 7
1.2.4 常規波束形成器 10
1.2.5 *佳波束形成器 20
1.3 寬容高增益波束形成 25
1.3.1 對角加載波束形成器 25
1.3.2 白噪聲增益約束高增益波束形成器 25
1.4 *差性能*佳化波束形成器 33
1.4.1 問題描述 33
1.4.2 優化算法 34
1.4.3 設計實例 36
1.5 本章小結 55
第2章 旁瓣控制波束優化設計 58
2.1 概述 58
2.2 *低旁瓣波束設計 59
2.2.1 問題描述 59
2.2.2 優化算法 59
2.2.3 設計實例 67
2.3 白噪聲增益約束*低旁瓣波束設計 74
2.3.1 問題描述 74
2.3.2 優化算法 74
2.3.3 計算復雜度分析 77
2.3.4 設計實例 77
2.4 旁瓣控制高增益波束設計 80
2.4.1 問題描述 80
2.4.2 優化算法 81
2.4.3 設計實例 84
2.5 白噪聲增益約束旁瓣控制高增益波束設計 86
2.5.1 問題描述 86
2.5.2 優化算法 87
2.5.3 計算復雜度分析 88
2.5.4 設計實例 89
2.6 旁瓣控制*差性能*佳化波束設計 97
2.6.1 問題描述 97
2.6.2 優化算法 98
2.6.3 計算復雜度分析 102
2.6.4 設計實例 102
2.7 復數域求解算法 114
2.7.1 優化算法 114
2.7.2 設計實例 119
2.8 本章小結 120
第3章 波束主瓣響應優化設計 122
3.1 概述 122
3.2 期望主瓣響應波束設計 123
3.2.1 問題描述 123
3.2.2 *小均方主瓣逼近波束優化算法 124
3.2.3 Minimax主瓣逼近波束優化算法 127
3.2.4 設計實例 131
3.3 DFT寬帶波束形成 133
3.3.1 問題描述 133
3.3.2 常規寬帶波束形成 134
3.3.3 恒定主瓣響應波束形成 136
3.4 本章小結 150
第4章 FIR寬帶波束分步設計 151
4.1 概述 151
4.2 FIR波束形成器的濾波器設計 152
4.2.1 FIR濾波器設計問題描述 152
4.2.2 *小誤差范數準則 152
4.2.3 *小誤差范數準則優化算法 153
4.2.4 *小誤差范數準則設計實例 157
4.2.5 阻帶約束*小通帶誤差準則 161
4.2.6 阻帶約束*小通帶誤差準則優化算法 162
4.2.7 阻帶約束*小通帶誤差準則設計實例 168
4.3 FIR波束形成器分步設計法 171
4.3.1 設計原理 171
4.3.2 時域寬帶常規波束形成 173
4.3.3 恒定主瓣響應FIR波束形成器 176
4.4 本章小結 185
第5章 FIR寬帶波束優化設計 187
5.1 概述 187
5.2 FIR寬帶波束形成數學模型 188
5.2.1 FIR波束形成 188
5.2.2 FIR波束響應 189
5.2.3 數據協方差矩陣 190
5.2.4 波束輸出功率 192
5.3 期望主瓣響應FIR波束設計 193
5.3.1 問題描述 193
5.3.2 優化算法 194
5.3.3 設計實例 201
5.4 *小差異恒定主瓣響應FIR波束設計 212
5.4.1 問題描述 212
5.4.2 優化算法 214
5.4.3 計算復雜度分析 217
5.4.4 設計實例 218
5.5 恒定主瓣響應自適應FIR波束設計 228
5.5.1 問題描述 228
5.5.2 優化算法 229
5.5.3 設計實例 237
5.6 本章小結 243
第6章 圓環陣波束優化設計 244
6.1 概述 244
6.2 圓環陣模態表述 245
6.2.1 連續圓環陣 245
6.2.2 均勻圓環陣 247
6.3 圓環陣模態域波束形成 252
6.3.1 MVDR波束形成 252
6.3.2 *大白噪聲增益波束形成器 252
6.3.3 相位模式波束形成 254
6.3.4 *大指向性波束形成器 260
6.4 圓環陣模態域波束優化設計 266
6.5 同心圓環陣波束優化設計 269
6.6 本章小結 284
參考文獻 286
附錄 289
A 部分符號說明 289
A.1 縮寫詞 289
A.2 變量符號 290
A.3 部分算術符號 301
B 設計實例目錄 302
前言
第1章 寬容高增益波束優化設計 1
1.1 概述 1
1.2 基本知識介紹 2
1.2.1 陣列信號時域與頻域表述 2
1.2.2 頻域快拍 5
1.2.3 波束形成 7
1.2.4 常規波束形成器 10
1.2.5 *佳波束形成器 20
1.3 寬容高增益波束形成 25
1.3.1 對角加載波束形成器 25
1.3.2 白噪聲增益約束高增益波束形成器 25
1.4 *差性能*佳化波束形成器 33
1.4.1 問題描述 33
1.4.2 優化算法 34
1.4.3 設計實例 36
1.5 本章小結 55
第2章 旁瓣控制波束優化設計 58
2.1 概述 58
2.2 *低旁瓣波束設計 59
2.2.1 問題描述 59
2.2.2 優化算法 59
2.2.3 設計實例 67
2.3 白噪聲增益約束*低旁瓣波束設計 74
2.3.1 問題描述 74
2.3.2 優化算法 74
2.3.3 計算復雜度分析 77
2.3.4 設計實例 77
2.4 旁瓣控制高增益波束設計 80
2.4.1 問題描述 80
2.4.2 優化算法 81
2.4.3 設計實例 84
2.5 白噪聲增益約束旁瓣控制高增益波束設計 86
2.5.1 問題描述 86
2.5.2 優化算法 87
2.5.3 計算復雜度分析 88
2.5.4 設計實例 89
2.6 旁瓣控制*差性能*佳化波束設計 97
2.6.1 問題描述 97
2.6.2 優化算法 98
2.6.3 計算復雜度分析 102
2.6.4 設計實例 102
2.7 復數域求解算法 114
2.7.1 優化算法 114
2.7.2 設計實例 119
2.8 本章小結 120
第3章 波束主瓣響應優化設計 122
3.1 概述 122
3.2 期望主瓣響應波束設計 123
3.2.1 問題描述 123
3.2.2 *小均方主瓣逼近波束優化算法 124
3.2.3 Minimax主瓣逼近波束優化算法 127
3.2.4 設計實例 131
3.3 DFT寬帶波束形成 133
3.3.1 問題描述 133
3.3.2 常規寬帶波束形成 134
3.3.3 恒定主瓣響應波束形成 136
3.4 本章小結 150
第4章 FIR寬帶波束分步設計 151
4.1 概述 151
4.2 FIR波束形成器的濾波器設計 152
4.2.1 FIR濾波器設計問題描述 152
4.2.2 *小誤差范數準則 152
4.2.3 *小誤差范數準則優化算法 153
4.2.4 *小誤差范數準則設計實例 157
4.2.5 阻帶約束*小通帶誤差準則 161
4.2.6 阻帶約束*小通帶誤差準則優化算法 162
4.2.7 阻帶約束*小通帶誤差準則設計實例 168
4.3 FIR波束形成器分步設計法 171
4.3.1 設計原理 171
4.3.2 時域寬帶常規波束形成 173
4.3.3 恒定主瓣響應FIR波束形成器 176
4.4 本章小結 185
第5章 FIR寬帶波束優化設計 187
5.1 概述 187
5.2 FIR寬帶波束形成數學模型 188
5.2.1 FIR波束形成 188
5.2.2 FIR波束響應 189
5.2.3 數據協方差矩陣 190
5.2.4 波束輸出功率 192
5.3 期望主瓣響應FIR波束設計 193
5.3.1 問題描述 193
5.3.2 優化算法 194
5.3.3 設計實例 201
5.4 *小差異恒定主瓣響應FIR波束設計 212
5.4.1 問題描述 212
5.4.2 優化算法 214
5.4.3 計算復雜度分析 217
5.4.4 設計實例 218
5.5 恒定主瓣響應自適應FIR波束設計 228
5.5.1 問題描述 228
5.5.2 優化算法 229
5.5.3 設計實例 237
5.6 本章小結 243
第6章 圓環陣波束優化設計 244
6.1 概述 244
6.2 圓環陣模態表述 245
6.2.1 連續圓環陣 245
6.2.2 均勻圓環陣 247
6.3 圓環陣模態域波束形成 252
6.3.1 MVDR波束形成 252
6.3.2 *大白噪聲增益波束形成器 252
6.3.3 相位模式波束形成 254
6.3.4 *大指向性波束形成器 260
6.4 圓環陣模態域波束優化設計 266
6.5 同心圓環陣波束優化設計 269
6.6 本章小結 284
參考文獻 286
附錄 289
A 部分符號說明 289
A.1 縮寫詞 289
A.2 變量符號 290
A.3 部分算術符號 301
B 設計實例目錄 302
展開全部
優化陣列信號處理--快速優化算法與應用(精) 節選
第1章 寬容高增益波束優化設計 1.1 概述 陣列信號處理廣泛地應用于聲吶、雷達、無線通信、麥克風陣列等領域，它對空間分布的傳感器陣列采集的物理場(聲場、電磁場等)數據進行信號處理，獲取信號源(或反射體)的信息。 波束形成是陣列信號處理中的核心技術，通過對各陣元同步接收數據進行濾波與求和處理，達到空域濾波、提高信噪比的目的，為后續信號檢測、信號源或反射體參數(方位、速度、強度等)估計與識別等創造條件。 常規波束形成器對各陣元接收數據進行時間延遲后求和，使期望方向信號同相位相加。常規波束形成器具有固定的主瓣與旁瓣級等空域濾波器性能，在空間非白噪聲環境下信噪比增益有限。 為了提高波束形成器在不同應用場景下的各種性能，需要對波束形成器進行優化設計與處理[1，2]。Capon[3]于1969年提出了*小方差無失真響應(minimum variance distortionless response， MVDR)波束形成器，使期望方向信號無失真通過的同時，*大限度地抑制波束輸出噪聲功率，以期獲得*高信噪比增益。采用MVDR波束形成方法，對于位于球面各向同性均勻噪聲場中的均勻線列陣，當陣元間距小于半波長時，在端射方向表現出“超增益”特性；小間距圓環陣在其圓環所在平面也表現出“超增益”特性[4，5]。 但是MVDR波束形成器在陣列方向響應向量或數據協方差矩陣存在誤差時，陣增益性能會下降，且誤差越大數據中包含的期望信號信噪比越高，MVDR波束形成器陣增益下降越嚴重，甚至會導致期望信號嚴重自消。在失配情況下，“超增益”波束形成器的陣增益也急劇下降，甚至低于常規波束形成器。 針對MVDR波束形成器對誤差寬容性差的缺點，Cox等[6]與Carlson[7]分別于1987年與1988年提出了一種穩健波束形成方法，他們通過對協方差矩陣進行對角加載來提高波束形成器對誤差的寬容性，不過其主要問題是對角加載量難以選擇。 波束形成器對誤差的靈敏度與其加權向量范數成正比，與白噪聲增益成反比。因此，通過約束加權向量范數[8]，可以提高波束形成器的穩健性，可確保“超增益”波束形成器的性能在失配情況下不至于急劇下降[9]。加權向量范數約束波束形成器也屬于對角加載類波束形成器。 針對常規對角加載波束形成器對角加載量難以確定的問題，Vorobyov等[10]、Li等[11]、Lorenz和Boyd[12]分別提出了基于*差性能*佳化的穩健MVDR波束形成方法，這三個方法是等效的，也都屬于對角加載類波束形成方法，但其優點是能夠根據導向向量不確定范圍求解對角加載量。 本章的主要內容與組織結構如下：1.2節介紹陣列信號模型與波束形成基本知識；1.3節介紹寬容高增益波束形成方法；1.4節介紹*差性能*佳化波束形成方法；1.5節是本章小結。 1.2 基本知識介紹 鄢社鋒在文獻[1]的第2章中，對陣列信號處理數學模型進行了詳細的介紹。為了保證本書的完整性，使讀者在不查閱前書的情況下也能夠通暢地閱讀本書，本節對波束優化設計問題涉及的基本知識作簡要歸納和介紹，讀者若希望了解其來龍去脈，可以查閱文獻[1]。 1.2.1 陣列信號時域與頻域表述 考慮一個由個陣元組成的傳感器陣列，將其置于三維坐標系統中，如圖1.1所示。 圖1.1 三維坐標系統及M元陣列 該傳感器陣列全部陣元的位置坐標可以表示成矩陣 (1.1) 式中，是第號陣元的三維坐標，其中、、分別為其坐標、坐標與坐標，表示轉置。 在理想情況下，假設該傳感器陣列位于自由空間中，即其接收到的信號未受到遮擋與散射的影響，并假設各陣元具有相同的、工作頻帶內平坦的、各向同性的接收靈敏度。 假設一平面波點源信號從球面角入射到基陣，這里與分別是的水平方位角與垂直俯仰角。以坐標原點為參考點，在沒有噪聲的情況下，假設在參考點觀察到的信號波形為，則第號陣元位置觀察到的時域信號波形為 (1.2) 式中，是信號到達第號陣元相對于參考點的傳播時間延遲，可以計算為 (1.3) 式中，表示信號傳播速度；表示信號傳播方向的單位向量 (1.4) 式中，負號表示信號傳播方向指向坐標原點。 對式(1.2)進行傅里葉變換，可得到第號陣元接收信號的頻域表示為 (1.5) 式中，是信號的頻域表示；是虛數單位；表示角頻率，表示頻率；表示指數函數；表示波數向量，是信號角頻率與方向的函數，表示信號波長。 將各陣元接收時域信號寫成一個列向量的形式為 (1.6) 其對應的頻域表示也為列向量 (1.7)
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