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本书结合大量应用实例，由浅入深地阐述了阵列天线的原理、方法和技术。全书共8章。第1章介绍了阵列天线的研究背景。第2章概述了构成阵列天线的基本单元天线的原理。第3章陈述了阵列天线的基本概念和原理。第4章讲述了阵列天线所用的信号处理方法。第5章阐述了阵列天线的自适应波束形成应用技术。第6章叙述了阵列天线的波束形成技术在空域抗干扰中的应用。第7章论述了阵列天线和阵列信号处理在空、时、频等多域中的抗干扰方法。第8章撰述了在阵列天线中应用虚拟天线进行干扰抑制的技术。本书结构紧密，内容丰富，在介绍理论的同时，也采用了工程案例进行仿真实现。

第1 章 引言 ....................................................................................................... 001
1.1 阵列天线介绍 ...................................................................................... 001
1.2 阵列天线的发展历程 ........................................................................... 002
1.3 阵列天线的应用 ................................................................................... 003
1.4 抗干扰技术 ............................................................................................ 004
1.5 本书结构 .............................................................................................. 004
参考文献 ....................................................................................................... 006
第2 章 天线基础 ............................................................................................... 008
2.1 天线与电磁波 ...................................................................................... 008
2.2 天线分类及举例 ................................................................................... 011
2.2.1 天线的分类 ............................................................................... 011
2.2.2 典型天线举例 ........................................................................... 012
2.3 天线的场 .............................................................................................. 017
2.3.1 天线场区 ................................................................................... 018
2.3.2 天线场区分类 ........................................................................... 020
2.4 天线功率 .............................................................................................. 021
2.4.1 功率波瓣图 ............................................................................... 021
2.4.2 应用于个别各向同性源的功率定理 ........................................ 023
2.5 天线辐射强度 ...................................................................................... 023
2.6 天线波束图 .......................................................................................... 025
2.7 波束宽度 .............................................................................................. 027
2.8 波束方向和增益 ................................................................................... 028
2.9 波束立体角 .......................................................................................... 030
2.10 有效口径 ............................................................................................ 032
参考文献 ....................................................................................................... 034
第3 章 阵列天线基础 ....................................................................................... 035
3.1 二元阵的辐射强度 ............................................................................... 035
3.2 理想点源方向图 ................................................................................... 039
3.3 均匀直线阵列 ...................................................................................... 041
3.3.1 均匀M 元直线阵 ...................................................................... 041
3.3.2 均匀M 元直线阵的方向性系数 ............................................... 046
3.4 阵列天线加权 ...................................................................................... 048
3.5 均匀圆阵列 .......................................................................................... 051
3.6 平面阵列 .............................................................................................. 053
3.7 任意阵列 .............................................................................................. 054
3.8 阵列天线相关矩阵 ............................................................................... 055
3.8.1 阵列天线的信号矢量 ................................................................ 056
3.8.2 阵列信号矢量 ........................................................................... 057
3.8.3 阵列信号矢量的相关矩阵 ........................................................ 059
3.9 阵列天线协方差矩阵的特征分解 ....................................................... 060
参考文献 ....................................................................................................... 062
第4 章 阵列信号智能处理基础 ....................................................................... 064
4.1 阵列信号智能处理的内涵 ................................................................... 064
4.1.1 最优处理 ................................................................................... 064
4.1.2 最优权矢量 ............................................................................... 066
4.2 最优准则 .............................................................................................. 069
4.2.1 最小均方误差准则 .................................................................... 069
4.2.2 最小方差准则 ........................................................................... 070
4.2.3 最小二乘准则 ........................................................................... 071
4.2.4 最大似然准则 ........................................................................... 073
4.3 最优算法 .............................................................................................. 075
4.3.1 梯度下降法 ............................................................................... 076
4.3.2 最陡下降法 ............................................................................... 076
4.3.3 共轭梯度法 ............................................................................... 077
参考文献 ....................................................................................................... 080
第5 章 自适应波束形成 ................................................................................... 082
5.1 固定波束的形成原理 ........................................................................... 083
5.2 非盲自适应波束形成算法 ................................................................... 085
5.2.1 LMS 算法 .................................................................................. 085
5.2.2 RLS 算法 ................................................................................... 087
5.2.3 LCMV 算法 ............................................................................... 090
5.2.4 SMI 算法 ................................................................................... 092
5.3 盲自适应波束形成算法 ....................................................................... 093
5.3.1 基于高阶累积量的算法 ............................................................ 094
5.3.2 恒模算法 ................................................................................... 095
5.3.3 基于循环平稳特性 .................................................................... 096
5.3.4 SCORE 类算法 .......................................................................... 099
参考文献 ....................................................................................................... 101
第6 章 空域抗干扰技术 ................................................................................... 104
6.1 空域抗干扰技术概述 ........................................................................... 104
6.2 LMS 改进算法 ..................................................................................... 105
6.2.1 稳健LMS 算法 ......................................................................... 105
6.2.2 LMS 类算法仿真分析 ............................................................... 107
6.3 RLS 改进算法 ...................................................................................... 116
6.3.1 平方根RLS 算法 ...................................................................... 116
6.3.2 RLS 类算法仿真分析 ............................................................... 118
6.4 SMI 改进算法 ...................................................................................... 123
6.4.1 GQR-SMI 算法 .......................................................................... 123
6.4.2 SMI 类算法仿真分析 ................................................................ 127
参考文献 ....................................................................................................... 130
第7 章 多域抗干扰技术 ................................................................................... 131
7.1 空时联合处理结构模型 ....................................................................... 131
7.2 空时抗干扰算法 ................................................................................... 134
7.3 空时抗干扰频域处理算法 ................................................................... 136
7.4 算法的抗干扰性能分析 ....................................................................... 139
7.5 改进循环平稳算法 ............................................................................... 146
7.5.1 循环平稳误差对CAB 算法的影响 .......................................... 147
7.5.2 遗忘因子CAB 算法 ................................................................. 148
7.5.3 自适应遗忘因子CAB 算法 ...................................................... 150
7.5.4 算法的抗干扰性能分析 ............................................................ 151
参考文献 ....................................................................................................... 159
第8 章 虚拟天线抗干扰技术 ........................................................................... 160
8.1 虚拟天线技术概述 ............................................................................... 160
8.2 基于四阶累积量的虚拟天线技术 ....................................................... 161
8.3 基于内插变换法的虚拟天线技术 ....................................................... 167
8.4 基于外推法的虚拟天线技术 ............................................................... 170
8.5 虚拟天线技术抗干扰性能分析 ........................................................... 172
8.6 外推法虚拟拓展多同心圆环阵列抗干扰性能分析 ............................ 175
8.6.1 外推法虚拟拓展多同心圆环阵列抗干扰波束方向图对比分析 .................. 175
8.6.2 输出信号的信噪比对比分析 .................................................... 178
8.6.3 抗干扰前后功率谱图对比分析 ................................................ 180
参考文献 ....................................................................................................... 180

前言

天线自诞生以来，逐渐成为人类社会不可或缺的部分，任何无线电设备都需要用到天线。随着天线技术的逐步发展，阵列天线应运而生。阵列天线相较于传统天线，拥有更多的优势和更广泛的应用范围。各种形式的阵列天线在军用领域及民用领域被大量使用，如应用雷达天线、卫星通信天线、反导系统天线、无人机及反无人机系统天线、气象雷达天线等的无线通信系统。但是，无线通信系统在传递消息时，常被环境中的各种因素影响，因此合理地处理阵列天线尤为重要。同时，为了保证无线通信系统传递消息的质量，必须采用抗干扰技术。本书的写作目的是希望读者能够更好地理解阵列天线与抗干扰技术，掌握合理的处理阵列天线的技术，同时学习多种抗干扰技术。
本书是关于阵列天线和阵列信号处理的著作，以阵列天线抗干扰为研究目标，主要研究了基于波束形成理论的抗干扰方法和应用技术。本书具有如下4个方面的特色。
（1）知识完备。近年来，国内外出版了多部关于阵列天线和阵列信号处理的优秀著作，但侧重各有不同。本书不仅讲述了阵列天线及其波束形成技术，还覆盖了构成阵列天线的单元天线知识和基于波束形成的抗干扰应用技术。
（2）注重基础。从长期的教学、科研工作中，作者发现在处于较高阶段的研究生或工程师中，大部分人缺少阵列天线及阵列信号处理的理论基础，因此，在工程实践中难以达到预期效果，对出现的问题难以解释和分析。所以，本书不惜用大量章节阐述了天线原理、阵列天线原理、阵列信号处理方法和波束形成的基本方法。
（3）针对性强。阵列天线和阵列信号处理的应用范围非常广泛，但本书专注于它在抗干扰方面的应用，并列举了大量工程实例。因此，本书的理论部分能够满足广大读者的需求，应用部分则为研究抗干扰技术的读者提供了更加专业的引导。
（4）内容创新。在后3章中，作者总结了近年来在理论和实践方面的最新技术，并以实例进行展示，期望能够为相关读者提供必要的辅助，并起到抛砖引玉的作用。
全书共8章，其中，第6～8章由项建弘撰写，第1章、第3～5章由高敬鹏撰写，第2章由王敏慧撰写。本书在撰写过程中，还得到了董春蕾、郭昊、蒋涵宇、李浩源、刘利国、马家辉、乔利国、魏晨、相豪、肖红侠、臧笑、王聪等历届硕士研究生和博士研究生的帮助。
本书的研究工作得到了国家自然科学基金（No.61371172、No.61403093）、电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室课题（CEMEE2021G0001）的资助，在此表示感谢。本书在编写过程中参阅的国内外文献和书籍均列于各章的参考文献中，在此向各位作者表示衷心的感谢！另外，感谢电子工业出版社给予的大力支持。
由于作者水平有限，而阵列天线领域发展迅速，书中难免有不当和疏漏之处，敬请读者批评指正。

                                                    作者
                                                 2022年2月

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阵列天线及抗干扰技术