电子工业出版社-网上书店

本书是工业和信息化部"十四五”规划教材。本书从实用性和先进性出发，较全面地介绍数字波束形成与智能天线技术的理论和应用，总结国内外这个领域的技术发展成就、前沿进展和作者多年来的研究成果。全书共7章，主要内容包括数字波束形成的基本概念和基本原理、自适应数字波束形成算法的优化准则、经典的自适应波束形成算法、针对雷达系统的大阵列天线自适应波束形成技术、针对无线通信系统的多用户自适应波束形成技术，以及数字阵列与智能天线在通信与雷达系统中的工程应用等。本书重点关注基本概念、基本分析方法、主要算法和工程应用，讨论力求深入浅出和简明扼要，配套数字教学资源和部分算法程序代码，力求利用现代信息技术将抽象的知识形象化，以方便读者学习和理解相关知识。

目    录

第1章  绪论	1
1.1  引言	1
1.2  自适应主波束控制技术	3
1.3  自适应零陷控制技术	4
1.4  自适应数字波束形成技术	6
1.5  稳健自适应数字波束形成技术	8
1.5.1  附加线性约束类算法	8
1.5.2  对角加载类算法	8
1.5.3  特征投影类算法	8
1.5.4  不确定集约束类算法	9
1.5.5  盲自适应波束形成类算法	9
1.6  大阵列天线自适应数字波束形成技术	10
1.6.1  稀布阵技术	10
1.6.2  部分自适应处理技术	10
1.6.3  并行自适应处理技术	12
1.6.4  快速自适应波束形成技术	13
1.7  自适应数字波束形成技术在雷达领域的应用	13
1.8  自适应数字波束形成技术在通信领域的应用	14
1.8.1  自适应数字波束形成技术在星载卫星通信领域的应用	14
1.8.2  自适应数字波束形成技术在蜂窝移动通信领域的应用	14
1.8.3  移动通信中与雷达中的智能天线的异同	15
参考文献	16
第2章  数字波束形成的基础	17
2.1  引言	17
2.2  波束形成的概念	17
2.3  阵列天线	18
2.3.1  阵列天线的基本指标	18
2.3.2  直线阵	19
2.3.3  圆环阵	20
2.3.4  矩形栅格平面阵	21
2.3.5  任意结构阵列	22
2.4  模拟波束形成	22
2.5  相控阵天线	24
2.6  数字波束形成天线	25
2.6.1  数字波束形成天线的结构与特点	25
2.6.2  阵元空间的波束形成	26
2.6.3  波束空间的波束形成	26
2.6.4  数字波束形成的矩阵表示	27
2.7  小结	28
思考题	28
参考文献	28
第3章  经典的数字波束形成算法	29
3.1  引言	29
3.2  自适应数字波束形成算法的优化准则	29
3.2.1  自适应主波束控制的优化准则	29
3.2.2  方向图自适应零陷控制的优化准则	31
3.2.3  自适应波束形成优化准则之间的关系	37
3.3  经典的自适应数字波束形成算法	37
3.3.1  梯度搜索法	38
3.3.2  最小均方误差（LMS）算法	42
3.3.3  格里菲思（Griffiths）LMS波束形成算法	44
3.3.4  多线性约束最小方差（LCMV）自适应波束形成算法	45
3.3.5  自适应旁瓣相消器（ASLC）	48
3.3.6  广义旁瓣相消器（GSC）	49
3.3.7  线性约束广义旁瓣相消器（LC-GSC）	52
3.4  宽带数字波束形成算法	54
3.4.1  基于数字延时的宽带波束形成	54
3.4.2  频率不变宽带波束形成	56
3.4.3  基于空时结构的自适应宽带波束形成	60
3.4.4  基于空频结构的自适应宽带波束形成	65
3.5  小结	67
思考题	68
参考文献	68
第4章  雷达系统中的自适应波束形成算法	69
4.1  引言	69
4.2  大阵列天线数字波束形成的部分自适应处理技术	69
4.2.1  降维自适应波束形成技术	70
4.2.2  基于降秩变换的自适应波束形成技术	71
4.2.3  基于MVB的快速降秩自适应波束形成算法	77
4.2.4  基于GSC的快速降秩自适应波束形成算法	83
4.3  大阵列天线数字波束形成的并行自适应处理技术	88
4.3.1  脉动并行自适应处理技术	88
4.3.2  分块并行自适应处理技术	88
4.4  稳健的自适应波束形成算法	97
4.4.1  基于特征投影的稳健自适应数字波束形成算法	97
4.4.2  基于附加线性约束的稳健降秩自适应和差波束形成算法	104
4.5  小结	118
思考题	118
参考文献	118
第5章  无线通信系统中的自适应数字波束形成算法	121
5.1  引言	121
5.2  无线通信系统中的盲波束形成技术综述	121
5.2.1  利用恒模特性的算法	121
5.2.2  利用循环平稳性的算法	122
5.2.3  利用有限码集特性的算法	122
5.3  随机梯度恒模算法	123
5.3.1  问题的数学模型	123
5.3.2  随机梯度恒模算法原理	123
5.4  最小二乘恒模算法	124
5.4.1  静态数据块最小二乘恒模算法	124
5.4.2  动态数据块最小二乘恒模算法	127
5.5  串联型多目标恒模阵列	127
5.5.1  恒模阵列与自适应信号对消器	128
5.5.2  性能分析	130
5.5.3  多信号恢复的恒模阵列	131
5.5.4  输出信干噪比和信噪比	133
5.6  并联型多目标恒模算法	134
5.6.1  多目标最小二乘恒模算法	134
5.6.2  信号的分拣	136
5.6.3  多目标决策指向算法	138
5.7  最小二乘解扩重扩多目标阵列及其改进	139
5.7.1  最小二乘解扩重扩多目标阵列	139
5.7.2  最小二乘解扩重扩多目标恒模阵列	143
5.8  星载智能天线的主瓣保形自适应波束形成算法	144
5.8.1  问题模型	145
5.8.2  算法原理	145
5.9  小结	155
思考题	156
参考文献	156
第6章  无线通信中的智能天线系统	158
6.1  引言	158
6.2  移动通信与数字波束形成	158
6.3  SCDMA无线本地环路中的智能天线系统	158
6.3.1  无线本地环路及其智能天线系统的组成	159
6.3.2  基站的系统架构和硬件组成	160
6.4  3G通信中的智能天线系统	165
6.4.1  技术原理	165
6.4.2  技术优点	168
6.4.3  技术应用	168
6.5  5G通信中的智能天线系统	169
6.5.1  5G通信技术简介	169
6.5.2  毫米波超大规模MIMO系统组成	171
6.5.3  毫米波超大规模MIMO系统数字子系统的设计与实现	173
6.5.4  毫米波超大规模MIMO系统模拟子系统的设计与实现	174
6.5.5  毫米波超大规模MIMO系统的实验测试	175
6.6  低轨卫星通信载荷智能天线系统	180
6.6.1  低轨卫星智能天线覆盖范围分析	180
6.6.2  阵列天线结构与多波束覆盖需求	181
6.6.3  智能天线系统及其测试环境构建	182
6.6.4  卫星通信智能天线方向图性能测试	185
6.7  小结	190
思考题	190
参考文献	190
第7章  雷达中的数字阵列天线系统	191
7.1  引言	191
7.2  数字阵列雷达的系统组成及工作原理	192
7.3  雷达系统中的数字波束形成架构	197
7.3.1  全阵列收发数字波束形成理论架构	197
7.3.2  级联型的数字波束形成架构	199
7.4  数字阵列天线通道校准技术	201
7.5  典型的数字波束形成雷达	203
7.6  采用自适应数字波束形成技术的雷达系统及其发展趋势	207
7.7  小结	211
思考题	211
参考文献	211

前    言

数字波束形成与智能天线技术是近60年来持续发展的一门重要技术，在雷达、通信、电子对抗、声呐等众多领域中得到愈益广泛的应用，特别是该技术已成功应用于大量武器装备和民用电子设备与系统。随着现代电子技术的迅猛发展，该技术仍处于迅速发展之中，依然是电子信息领域的研究热点。无论是新型高性能武器装备的研发，还是新一代移动通信的发展，都迫切需要发展与应用该技术。针对雷达和通信领域的发展趋势，分析归纳近年来国内外在数字波束形成与智能天线技术方面的主要研究工作和成果，总结我们多年来的实践经验与心得体会，为从事阵列天线与阵列信号处理领域的广大师生和专家学者、工程技术人员提供一部有价值的教学用书或参考书，是我们撰写本书的出发点。
习近平总书记指出：“教育数字化是我国开辟教育发展新赛道和塑造教育发展新优势的重要突破口。”教材是课程教学内容的载体。从教学实践出发，配合“数字波束形成与智能天线技术”的课程改革，以学生为中心，创新教材呈现方式，探索建设嵌入教学视频、动画等的多媒体数字教材和依托课程数字化平台的互动式数字教材，为学生提供多样化的数字资源，为学生个性化学习创设空间，提高人才培养质量，也是我们撰写本书的主要目的。
同已有的数字波束形成与智能天线方面的专著或教材相比，我们力求在以下几个方面形成特色。
（1）结构体系新。数字波束形成与智能天线技术本身是一个跨学科的技术方向，本书围绕该技术方向，既介绍电磁场与微波学科相关的阵列天线技术，又介绍通信与信息系统学科相关的自适应信号处理技术；既有理论方法，又有工程应用。各章之间紧密联系，构成一个有机的整体。方便读者结合工程实际，提高对理论与方法的理解和掌握。
（2）内容选择精。用于阵列雷达的数字波束形成技术与用于无线通信的智能天线技术，虽然从本质上说都属于自适应阵列天线技术，但它们既有相同之处，也有很多不同之处。本书从第1章开始就先介绍自适应阵列天线技术在雷达和通信系统应用时的相同点与不同点，再在理论方法、系统应用两个层面分别阐述两类技术及其相互关系，兼顾了雷达和无线通信两个学科方向读者的需求。
（3）创新程度高。尽管该领域的研究内容十分丰富，但我们仍力求反映出其最新的研究成果与最新发展，并部分反映我们近年来的研究成果、心得与见解。尤其是第4、6、7章的内容，仅散见于各类文献，在公开出版的书籍中很少涉及，我们对书中介绍的绝大多数方法做了详细的计算机仿真分析与比较研究，以新颖、实用为原则进行提炼总结，尽可能地反映出这个技术领域中的精华内容。
本书丰富的配套教学辅助资源，包括：电子课件、习题参考答案、部分算法程序源代码、微课视频等，请登录华信教育资源网（http://www.hxedu.com.cn）免费注册下载或扫描书中二维码在线学习。
回顾本书的编写过程，能写成这部教材得益于同行、同事和我们团队的老师与学生，没有他们的指导与帮助，要完成本书的编著是不可能的！在此，我首先要感谢我的恩师方大纲教授，是他把我领进了电磁场与天线这一领域，不仅传授了我研究的方法，还培养了我严谨的作风，使我受益终身；然后要感谢香港中文大学的吴克利教授，是他帮助我、带我走进了数字波束形成与智能天线这一充满生机和活力的研究方向；要感谢与我共同完成编写工作的韩玉兵教授、马晓峰副教授、张仁李副教授、郭山红副教授、张书瑞副教授、邱爽副教授、丛潇雨博士后、严彬云博士后，他们为本书的编著做了大量工作，付出了许多心血，我们携手共同克服种种困难，执着地为完成这部教材而努力；要感谢我们的“阵列天线与阵列信号处理”团队，20年来我们共同为数字阵列天线及其应用并肩战斗、不懈努力，取得了让本领域的国内外同行专家认可的一些成果；要衷心感谢廖桂生教授、金荣洪教授等对本书撰写提出的许多有益的意见与建议；还要感谢黄飞博士、孔繁博士、陈亮博士、路成军博士、王建博士、汤永浩博士、杨垠博士、郑艺媛博士、常灏杰博士以及博士研究生陈向炜、刘奥为本书所做的部分工作。
由于作者水平有限，书中难免存在不足和错误，殷切希望读者批评指正。

盛卫星     
2023年6月

本书配套资源下载

对不起，暂无音视频资源！