優化陣列信號處理(上波束優化理論與方法)(精) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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鄢社鋒 編

圖書標籤:

• 信號處理
• 陣列信號處理
• 波束形成
• 優化算法
• 無綫通信
• 雷達
• 自適應濾波
• 智能天綫
• 優化理論
• 電磁兼容

店鋪： 火把圖書專營店

齣版社： 科學

ISBN：9787030439642

商品編碼：29707444934

開本：16

齣版時間：2018-03-01

基本信息

• 商品名稱：優化陣列信號處理(上波束優化理論與方法)(精)
• 作者：鄢社鋒
• 定價：128
• 齣版社：科學
• ISBN號：9787030439642

其他參考信息（以實物為準）

• 齣版時間：2018-03-01
• 印刷時間：2018-03-01
• 版次：1
• 印次：1
• 開本：16開
• 包裝：精裝
• 頁數：320
• 字數：403韆字

內容提要

鄢社鋒著的《優化陣列信號處理(上波束優化理 論與方法)(精)》係統地介紹傳感器陣列優化信號處 理理論、方法及其應用。全書共14章，分為上、下兩 冊，上冊主要討論波束設計的問題，介紹陣列信號處 理基本概念與模型、窄帶陣列信號處理，以及寬帶陣 列信號處理的理論與方法；下冊主要討論模態陣列處 理與方位估計的問題，介紹聲學陣列模態處理理論與 方法，以及目標方位譜估計理論與方法。書中融入瞭 作者近二十年來從事陣列信號處理方麵科研工作的實 際經驗，納入瞭作者在**外重要刊物發錶的數十篇 論文，同時采納瞭少量散見於各種文獻中的部分相關 內容。
     本書可作為聲呐、雷達、麥剋風陣列、無綫通信 等陣列信號處理相關專業的本科生、研究生和教師的 參考書，也可供相關專業科學研究與工程技術人員參 考。
    

目錄

前言
第1章 緒論
1.1 陣列信號處理應用範圍
1.2 研究曆史與現狀
1.2.1 陣增益與穩健性
1.2.2 波束圖優化設計
1.2.3 恒定主瓣響應波束設計
1.2.4 波束形成器的實現
1.2.5 模態陣列信號處理
1.2.6 目標方位估計
1.2.7 二階錐規劃求解方法
1.3 本書的結構
第2章 陣列信號處理數學模型
2.1 引言
2.2 數學模型
2.2.1 基陣
2.2.2 信號模型
2.2.3 噪聲場模型
2.2.4 基陣接收數據模型
2.2.5 快拍數據模型
2.3 波束形成
2.3.1 波束形成錶達形式
2.3.2 窄帶波束形成
2.3.3 窄帶波束形成器的性能參數
2.3.4 波束掃描方位譜
2.4 常見的波束形成器
2.4.1 常規波束形成器
2.4.2 *佳波束形成器
2.5 本章小結
第3章 規則陣波束設計
3.1 引言
3.2 綫陣
3.2.1 連續綫陣
3.2.2 均勻綫列陣
3.2.3 二元陣
3.2.4 均勻綫列陣窗函數加權
3.3 矩形陣
3.3.1 波束圖乘積定理
3.3.2 均勻矩形陣
3.4 本章小結
第4章 波束穩健性分析
4.1 引言
4.2 *佳波束形成器穩健性影響因素
4.3 導嚮嚮量失配對波束性能的影響
4.4 協方差矩陣失配對波束性能的影響
4.4.1 樣本協方差矩陣求逆波束形成
4.4.2 樣本協方差矩陣求逆法波束性能
4.5 超增益波束形成器的穩健性
4.6 本章小結
第5章 穩健波束設計

《優化陣列信號處理（上波束優化理論與方法）（精）》圖書簡介 本書聚焦於陣列信號處理領域中至關重要的“波束優化”這一核心問題，深入剖析其理論基礎、關鍵技術以及廣泛的應用前景。全書分為上下兩捲，本捲為“上”，主要涵蓋波束優化的理論框架、基本算法和初步方法，為讀者構建堅實的理論認知和初步的實踐能力。 第一章 陣列信號處理基礎 本章首先為讀者鋪設堅實的陣列信號處理基礎。我們將從最基本的概念講起，解釋什麼是陣列信號處理，它在現代科技中的地位和重要性。 陣列與信號模型： 詳細介紹不同類型的陣列結構，例如均勻綫性陣列、均勻圓陣、任意形狀陣列等，以及它們在空間上的幾何分布特點。在此基礎上，構建描述陣列接收到的信號模型，包括信號源的特性（如方嚮、頻率、幅度、極化等），以及傳播信道的影響（如衰減、多徑效應、時延等）。我們將重點討論信號的數學錶示，包括復數信號的引入及其在陣列處理中的優勢。 空間采樣與方嚮圖： 深入探討陣列如何實現對空間信號的“采樣”，並引入“方嚮圖”這一核心概念。我們將詳細解釋方嚮圖的定義、類型（如全嚮、定嚮、窄波束、寬波束等），以及如何通過陣列的幾何結構和陣元權值來控製方嚮圖的形狀。方嚮圖是理解和設計波束優化的基石，本章將為此打下堅實基礎。 陣列信號處理的基本任務： 介紹陣列信號處理的主要任務，包括信號的接收、估計、檢測、濾波、形成等。重點闡述這些任務與波束優化之間的內在聯係，例如，如何通過優化方嚮圖來實現對特定方嚮信號的增強（接收）或抑製（乾擾），以及如何利用陣列實現對信號源的方嚮估計（DOA）。 關鍵性能指標： 定義和闡述陣列信號處理中的關鍵性能指標，如波束寬度、主瓣增益、旁瓣電平、零陷深度、分辨率、信噪比（SNR）、乾擾噪聲比（INR）等。這些指標將貫穿全書，用於衡量波束優化方案的優劣。 第二章 波束優化理論基石 本章將深入探討波束優化的理論根源，為後續算法的學習提供理論指導。 優化理論概述： 簡要迴顧經典優化理論，包括目標函數、約束條件、優化變量以及常用的優化方法（如梯度下降法、牛頓法、綫性規劃、二次規劃等）。重點強調這些優化工具如何應用於陣列信號處理的特定場景。 陣列信號處理中的目標函數： 分析在波束優化中常見的幾種目標函數。例如，最大化特定方嚮的信號功率，最小化特定方嚮的乾擾功率，最小化總輸齣功率（以抑製噪聲），最大化信噪比（SNR）或信乾噪比（SINR）等。我們將詳細推導這些目標函數的數學形式，並分析它們的特點。 約束條件的建模： 討論在波束優化過程中需要考慮的各種約束條件。這包括陣元權值的幅度和相位限製（實際實現中的限製），以及對方嚮圖形狀的約束（如要求主瓣位於特定方嚮，旁瓣在特定區域被抑製到某個水平以下）。我們將講解如何將這些實際約束轉化為數學錶達式。 性能權衡與多目標優化： 強調在實際應用中，往往需要在多個性能指標之間進行權衡。例如，提高分辨率可能導緻旁瓣升高，或者抑製特定乾擾可能影響其他方嚮的信號接收。因此，我們將引入多目標優化思想，探討如何設計摺衷的優化策略。 綫性與非綫性優化： 區分綫性優化和非綫性優化在波束設計中的應用場景。當目標函數和約束條件都是綫性的，可以采用高效的綫性規劃方法；而當存在非綫性關係時，則需要藉助更復雜的非綫性優化技術。 第三章 經典波束形成算法 本章將介紹幾種經典的、具有裏程碑意義的波束形成算法，它們是理解現代優化算法的基礎。 寬帶波束形成： 討論如何處理寬帶信號，即信號頻譜覆蓋範圍較廣的情況。寬帶信號會引起陣列各陣元接收到的信號存在時延差異，從而導緻方嚮圖隨頻率變化。我們將介紹幾種處理寬帶信號的經典方法，如延遲-求和（Delay-and-Sum）波束形成及其在寬帶情況下的改進。 窄帶波束形成： 詳細介紹窄帶信號的假設下，如何設計最優的波束形成權值。 最優化方嚮圖（Optimum Array Pattern）: 介紹如何根據預設的理想方嚮圖來設計權值，使得實際方嚮圖盡可能接近理想方嚮圖。 最小均方誤差（MMSE）波束形成： 講解如何最小化輸齣信號的均方誤差，以在噪聲和乾擾存在的情況下獲得最優的信號估計。我們將推導MMSE波束形成器的權值錶達式。 最大信噪比（Max SNR）波束形成： 介紹如何最大化輸齣信號的信噪比，這是一種直接優化信噪比的準則。我們將推導Max SNR波束形成器的權值錶達式，並分析其與MMSE波束形成的關係。 自適應波束形成（Adaptive Beamforming）的初步介紹： 引入自適應波束形成的概念，即權值可以根據接收到的信號數據自動調整，以應對變化的信號環境（如乾擾源位置變化）。我們將初步介紹一些簡單的自適應算法，如最小均方（LMS）算法和遞歸最小二乘（RLS）算法，為後續章節中更復雜的自適應優化方法奠定基礎。 零陷（Null Steering）技術： 重點講解如何在方嚮圖中形成零陷，以抑製特定方嚮的乾擾信號。我們將討論如何通過調整權值來實現零陷，以及如何在主瓣和零陷之間進行權衡。 第四章 基於優化理論的波束優化方法 本章將深入講解如何利用優化理論來設計更先進、性能更優越的波束形成器。 約束優化下的波束形成： 基於最小方差失真響應（MVDR）的波束形成： 詳細推導MVDR波束形成器的原理和權值計算方法。MVDR旨在最小化輸齣信號的功率，同時保持特定方嚮（主瓣方嚮）的信號增益不變。我們將探討其與MMSE和Max SNR波束形成之間的聯係。 基於固定主瓣增益的約束優化： 介紹如何在保持主瓣增益不變的同時，優化旁瓣電平或最小化輸齣總功率。這將涉及到多種約束條件的組閤，如固定主瓣增益、旁瓣電平上限等。 凸優化在波束形成中的應用： 凸集的性質與波束形成問題： 介紹凸集、凸函數以及凸優化的基本概念。我們將展示如何將一些非凸的波束形成問題轉化為凸優化問題，或者如何近似地轉化為凸優化問題，從而可以使用高效的凸優化求解器。 半定規劃（SDP）及其在波束形成中的應用： 詳細介紹半定規劃，並重點闡述其在設計具有特定方嚮圖約束（如零陷深度、旁瓣衰減）的波束形成器中的強大能力。我們將給齣一些典型的SDP模型，並討論其求解方法。 二次規劃（QP）及其應用： 講解二次規劃，以及如何將一些波束形成問題錶示為二次規劃形式，並利用現有的QP求解器進行求解。 魯棒波束形成（Robust Beamforming）： 模型不確定性與魯棒性： 分析實際應用中，信號模型、陣列結構、信道信息等可能存在不確定性，這些不確定性會對傳統波束形成器的性能造成嚴重影響。 基於最壞情況（Worst-case）設計的魯棒波束形成： 介紹如何通過考慮模型不確定性的最壞情況，來設計魯棒的波束形成器。這將涉及到一些基於凸優化的魯棒優化技術，如基於區間不確定性的魯棒優化。 基於不確定集（Uncertainty Set）的魯棒設計： 討論如何定義一個包含所有可能模型參數的“不確定集”，然後在這個不確定集上進行優化，以獲得對不確定性不敏感的波束形成器。 第五章 陣元權值優化與實現 本章將聚焦於如何計算和實現最優的陣元權值，並討論一些實際工程中的考慮。 數值優化算法的實用性： 深入探討各種數值優化算法在陣列信號處理中的實際應用。我們將分析各種算法的收斂速度、計算復雜度以及對初值的敏感度。 基於迭代的優化方法： 講解一些經典的迭代優化算法，如梯度下降法、共軛梯度法、牛頓法等，以及它們在波束優化中的具體實現。 求解器的選擇與使用： 介紹常用的優化求解器，如MATLAB的Optimization Toolbox，CVX等，以及如何在實際問題中選擇和調用這些求解器。 權值量化與離散化： 討論在實際硬件實現中，陣元權值通常是有限位數的，需要進行量化和離散化。這將導緻性能下降，因此需要研究量化魯棒的優化方法。 實際陣列係統中的挑戰： 探討在實際的陣列信號處理係統中，除瞭理論上的優化，還需要考慮的其他因素，如陣元損壞、陣元位置誤差、硬件非綫性等，以及如何通過優化設計來剋服這些挑戰。 本書“上捲”為讀者構建瞭堅實的波束優化理論基礎和一套行之有效的經典及基於優化理論的初步方法。它旨在幫助讀者深入理解波束優化問題的本質，掌握解決問題的關鍵理論工具，並為進一步學習更復雜的自適應和智能波束優化技術打下堅實基礎。後續“下捲”將在此基礎上，深入探討自適應波束形成、智能優化方法以及更廣泛的應用場景。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我原本以為這種偏嚮硬核技術的書籍會顯得枯燥乏味，但這本書在行文風格上卻展現齣瞭一種獨特的魅力。作者的語言風格非常嚴謹，但又不失生動，仿佛一位經驗豐富的前輩在耐心地為你講解每一個知識點。閱讀過程中，我能感受到作者對這個領域的深刻洞察力，他不僅羅列瞭已有的成熟方法，還巧妙地融入瞭他自己對未來發展趨勢的思考和前瞻性判斷。這種“知其然，更知其所以然”的講解方式，極大地激發瞭我的學習興趣。尤其是那些在經典教材中常常被一筆帶過的關鍵環節，這本書都給予瞭充分的重視和深入的剖析，讓人讀完後感覺知識體係得到瞭極大的夯實和提升。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度都讓人印象深刻，它不僅僅局限於單一的技術分支，而是展現瞭一個宏大的技術全景圖。我注意到其中對不同應用場景下信號處理需求的細緻劃分，並且針對每種場景推薦瞭最閤適的處理範式，這種高度的定製化思考，在以往的同類著作中並不多見。對於我目前正在進行的項目而言，書中關於特定約束條件下性能最大化的那幾章，簡直是如獲至寶，直接提供瞭可落地實施的數學框架和算法原型。它提供的不僅僅是“怎麼做”，更是“為什麼這麼做”的深層邏輯支撐，這纔是真正有價值的學術積纍。

評分☆☆☆☆☆

這本厚重的書拿到手上，第一感覺就是紮實，一看目錄就知道作者是下瞭真功夫的，裏麵的內容體係構建得非常完整，從基礎理論的鋪墊到各種前沿技術的深入探討，層次感十足。尤其是對一些經典算法的推導過程，講解得非常細緻入微，即便是初次接觸這些復雜數學模型的讀者，也能跟著作者的思路一步步深入理解其內在邏輯。我尤其欣賞其中對於不同優化目標函數在實際應用中性能差異的對比分析，這部分內容對於指導我們如何在實際工程中做齣閤理的選擇至關重要，避免瞭那種隻停留在理論層麵、缺乏實踐指導的空泛感。書中的圖錶製作也非常精良，很多抽象的概念通過直觀的圖形展示齣來，大大降低瞭理解難度。

評分☆☆☆☆☆

從排版和裝幀來看，齣版社也確實下瞭不少功夫，字體選擇清晰易讀，公式的編排規範整潔，即便是需要反復查閱的復雜公式，也不會因為排版問題而産生閱讀障礙，這對於一本技術深度如此之高的書籍來說，是極其重要的加分項。我花瞭很長時間對照書中的例子進行復算和驗證，發現其準確性和一緻性都非常高，這反映齣作者在審校環節的極度負責任。這種對細節的極緻追求，讓讀者在學習過程中能夠完全信任書中所呈現的一切，從而可以將更多的精力集中在理解核心思想上，而不是糾結於可能存在的印刷或公式錯誤。

評分☆☆☆☆☆

這本書最大的價值在於其係統性和前瞻性，它不像是那種曇花一現的熱點跟風之作，而是一部可以長期作為案頭工具書來參考的典籍。讀完之後，我感到自己對整個領域的核心脈絡有瞭更清晰的把握，看待問題也多瞭一個更高維度的思考框架。它成功地架起瞭理論研究與工程實踐之間的橋梁，使得那些高深的數學工具不再是遙不可及的象牙塔産物，而是可以直接轉化為解決實際難題的利器。對於所有希望在這個領域深耕的科研人員或高級工程師來說，這本書絕對是值得投入時間和精力去研讀和珍藏的寶貴財富。