本書是工業(yè)和信息化部"十四五”規(guī)劃教材。本書從實用性和先進性出發(fā)，較全面地介紹數字波束形成與智能天線技術的理論和應用，總結國內外這個領域的技術發(fā)展成就、前沿進展和作者多年來的研究成果。全書共7章，主要內容包括數字波束形成的基本概念和基本原理、自適應數字波束形成算法的優(yōu)化準則、經典的自適應波束形成算法、針對雷達系統(tǒng)的大陣列天線自適應波束形成技術、針對無線通信系統(tǒng)的多用戶自適應波束形成技術，以及數字陣列與智能天線在通信與雷達系統(tǒng)中的工程應用等。本書重點關注基本概念、基本分析方法、主要算法和工程應用，討論力求深入淺出和簡明扼要，配套數字教學資源和部分算法程序代碼，力求利用現代信息技術將抽象的知識形象化，以方便讀者學習和理解相關知識。
盛衛(wèi)星，南京理工大學教授，中國兵工學會電磁技術專委會副主任委員。長期從事陣列天線與陣列信號處理、自適應信號處理、人工智能目標探測識別、目標特性建模及應用等領域的研究。先后主持承擔基礎加強重點項目、國家高新工程專項項目、國家自然科學基金項目等省部級以上項目12項，榮獲國防科技進步二等獎1項、三等獎1項，榮獲江蘇省教學成果特等獎1項、一等獎1項、二等獎1項，主持一門國家一流本科課程建設。
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 自適應主波束控制技術 3
1.3 自適應零陷控制技術 4
1.4 自適應數字波束形成技術 6
1.5 穩(wěn)健自適應數字波束形成技術 8
1.5.1 附加線性約束類算法 8
1.5.2 對角加載類算法 8
1.5.3 特征投影類算法 8
1.5.4 不確定集約束類算法 9
1.5.5 盲自適應波束形成類算法 9
1.6 大陣列天線自適應數字波束形成技術 10
1.6.1 稀布陣技術 10
1.6.2 部分自適應處理技術 10
1.6.3 并行自適應處理技術 12
1.6.4 快速自適應波束形成技術 13
1.7 自適應數字波束形成技術在雷達領域的應用 13
1.8 自適應數字波束形成技術在通信領域的應用 14
1.8.1 自適應數字波束形成技術在星載衛(wèi)星通信領域的應用 14
1.8.2 自適應數字波束形成技術在蜂窩移動通信領域的應用 14
1.8.3 移動通信中與雷達中的智能天線的異同 15
參考文獻 16
第2章 數字波束形成的基礎 17
2.1 引言 17
2.2 波束形成的概念 17
2.3 陣列天線 18
2.3.1 陣列天線的基本指標 18
2.3.2 直線陣 19
2.3.3 圓環(huán)陣 20
2.3.4 矩形柵格平面陣 21
2.3.5 任意結構陣列 22
2.4 模擬波束形成 22
2.5 相控陣天線 24
2.6 數字波束形成天線 25
2.6.1 數字波束形成天線的結構與特點 25
2.6.2 陣元空間的波束形成 26
2.6.3 波束空間的波束形成 26
2.6.4 數字波束形成的矩陣表示 27
2.7 小結 28
思考題 28
參考文獻 28
第3章 經典的數字波束形成算法 29
3.1 引言 29
3.2 自適應數字波束形成算法的優(yōu)化準則 29
3.2.1 自適應主波束控制的優(yōu)化準則 29
3.2.2 方向圖自適應零陷控制的優(yōu)化準則 31
3.2.3 自適應波束形成優(yōu)化準則之間的關系 37
3.3 經典的自適應數字波束形成算法 37
3.3.1 梯度搜索法 38
3.3.2 最小均方誤差（LMS）算法 42
3.3.3 格里菲思（Griffiths）LMS波束形成算法 44
3.3.4 多線性約束最小方差（LCMV）自適應波束形成算法 45
3.3.5 自適應旁瓣相消器（ASLC） 48
3.3.6 廣義旁瓣相消器（GSC） 49
3.3.7 線性約束廣義旁瓣相消器（LC-GSC） 52
3.4 寬帶數字波束形成算法 54
3.4.1 基于數字延時的寬帶波束形成 54
3.4.2 頻率不變寬帶波束形成 56
3.4.3 基于空時結構的自適應寬帶波束形成 60
3.4.4 基于空頻結構的自適應寬帶波束形成 65
3.5 小結 67
思考題 68
參考文獻 68
第4章 雷達系統(tǒng)中的自適應波束形成算法 69
4.1 引言 69
4.2 大陣列天線數字波束形成的部分自適應處理技術 69
4.2.1 降維自適應波束形成技術 70
4.2.2 基于降秩變換的自適應波束形成技術 71
4.2.3 基于MVB的快速降秩自適應波束形成算法 77
4.2.4 基于GSC的快速降秩自適應波束形成算法 83
4.3 大陣列天線數字波束形成的并行自適應處理技術 88
4.3.1 脈動并行自適應處理技術 88
4.3.2 分塊并行自適應處理技術 88
4.4 穩(wěn)健的自適應波束形成算法 97
4.4.1 基于特征投影的穩(wěn)健自適應數字波束形成算法 97
4.4.2 基于附加線性約束的穩(wěn)健降秩自適應和差波束形成算法 104
4.5 小結 118
思考題 118
參考文獻 118
第5章 無線通信系統(tǒng)中的自適應數字波束形成算法 121
5.1 引言 121
5.2 無線通信系統(tǒng)中的盲波束形成技術綜述 121
5.2.1 利用恒模特性的算法 121
5.2.2 利用循環(huán)平穩(wěn)性的算法 122
5.2.3 利用有限碼集特性的算法 122
5.3 隨機梯度恒模算法 123
5.3.1 問題的數學模型 123
5.3.2 隨機梯度恒模算法原理 123
5.4 最小二乘恒模算法 124
5.4.1 靜態(tài)數據塊最小二乘恒模算法 124
5.4.2 動態(tài)數據塊最小二乘恒模算法 127
5.5 串聯型多目標恒模陣列 127
5.5.1 恒模陣列與自適應信號對消器 128
5.5.2 性能分析 130
5.5.3 多信號恢復的恒模陣列 131
5.5.4 輸出信干噪比和信噪比 133
5.6 并聯型多目標恒模算法 134
5.6.1 多目標最小二乘恒模算法 134
5.6.2 信號的分揀 136
5.6.3 多目標決策指向算法 138
5.7 最小二乘解擴重擴多目標陣列及其改進 139
5.7.1 最小二乘解擴重擴多目標陣列 139
5.7.2 最小二乘解擴重擴多目標恒模陣列 143
5.8 星載智能天線的主瓣保形自適應波束形成算法 144
5.8.1 問題模型 145
5.8.2 算法原理 145
5.9 小結 155
思考題 156
參考文獻 156
第6章 無線通信中的智能天線系統(tǒng) 158
6.1 引言 158
6.2 移動通信與數字波束形成 158
6.3 SCDMA無線本地環(huán)路中的智能天線系統(tǒng) 158
6.3.1 無線本地環(huán)路及其智能天線系統(tǒng)的組成 159
6.3.2 基站的系統(tǒng)架構和硬件組成 160
6.4 3G通信中的智能天線系統(tǒng) 165
6.4.1 技術原理 165
6.4.2 技術優(yōu)點 168
6.4.3 技術應用 168
6.5 5G通信中的智能天線系統(tǒng) 169
6.5.1 5G通信技術簡介 169
6.5.2 毫米波超大規(guī)模MIMO系統(tǒng)組成 171
6.5.3 毫米波超大規(guī)模MIMO系統(tǒng)數字子系統(tǒng)的設計與實現 173
6.5.4 毫米波超大規(guī)模MIMO系統(tǒng)模擬子系統(tǒng)的設計與實現 174
6.5.5 毫米波超大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的實驗測試 175
6.6 低軌衛(wèi)星通信載荷智能天線系統(tǒng) 180
6.6.1 低軌衛(wèi)星智能天線覆蓋范圍分析 180
6.6.2 陣列天線結構與多波束覆蓋需求 181
6.6.3 智能天線系統(tǒng)及其測試環(huán)境構建 182
6.6.4 衛(wèi)星通信智能天線方向圖性能測試 185
6.7 小結 190
思考題 190
參考文獻 190
第7章 雷達中的數字陣列天線系統(tǒng) 191
7.1 引言 191
7.2 數字陣列雷達的系統(tǒng)組成及工作原理 192
7.3 雷達系統(tǒng)中的數字波束形成架構 197
7.3.1 全陣列收發(fā)數字波束形成理論架構 197
7.3.2 級聯型的數字波束形成架構 199
7.4 數字陣列天線通道校準技術 201
7.5 典型的數字波束形成雷達 203
7.6 采用自適應數字波束形成技術的雷達系統(tǒng)及其發(fā)展趨勢 207
7.7 小結 211
思考題 211
參考文獻 211
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