阵列信号处理及MATLAB实现

内容简介

阵列信号处理是信号处理领域的一个重要分支，它采用传感器阵列来接收空间信号。与传统的单个定向传感器相比，阵列信号处理具有灵活的波束控制、较高的信号增益、极强的干扰抑制能力及更高的空间分辨能力等优点，因而具有重要的军事、民事应用价值和广阔的应用前景。具体来说，已涉及雷达、声呐、通信、地震勘探、射电天文及医学诊断等多种国民经济和军事应用领域。本书分10章，主要内容涵盖波束形成、DOA估计、二维DOA估计、宽带阵列信号处理、阵列多参数估计、矢量传感器阵列信号处理及其MATLAB实现等。本书在全面介绍阵列信号处理的经典理论的同时，也介绍了矢量传感器阵列信号处理及阵列信号处理的MATLAB实现。

摘要与插图

前言
　　众所周知，信号处理的基本原则是尽可能地利用、提取和恢复包含于信号特征中的有用信息。随着电信技术的日益发展，在复杂的电磁环境中对信号的参数进行有效地检测和地估计就显得尤为重要。信号处理技术是从一维时域信号处理中得到发展的，长期以来人们在一维信号的检测和分析方面也取得了许多重要的成果。进入20世纪60年代以来，研究人员开始将一维信号处理逐渐延伸到多维信号处理领域中。通过传感器阵列或者天线阵列把时域采样变成时空采样，将时间频率扩展到空间频率（角度），从而将时域信号处理的许多理论成果推广到空域，开辟了阵列信号处理这一新的研究领域。近年来，阵列信号处理逐渐成为信号处理领域的一个重要分支。用传感器阵列来接收空间信号，与采用传统的单个定向传感器相比，具有灵活的波束控制、较高的信号增益、极强的干扰抑制能力以及更高的空间分辨能力等优点，因而阵列信号处理具有重要的军事、民事应用价值和广阔的应用前景。具体来说，已涉及雷达、声呐、通信、地震勘探、射电天文以及医学诊断等多种国民经济和军事应用领域。
　　本书是关于阵列信号处理的著作，以阵列天线为研究对象，主要研究了波束形成、波达方向估计算法、阵列多参数估计及其应用。本书力图实现3个。
　　（1）结构完整。近年来国内外虽然已经出版了几本涉及空间谱估计内容的著作，但各有侧重。本书不仅包括空间谱估计，还覆盖了波束形成、阵列多参数估计及其前沿发展。
　　（2）内容选材广。阵列信号处理理论丰富、应用广泛，为了写好此书，我们收集了大量国内外文献资料，并进行了精心组织，以期尽可能地反映出这一学科中的精华内容。本书对阵列信号处理中的一些传统方法做了详细介绍，同时对一些新方法如四元数、平行因子方法、压缩感知等进行了研究。
　　（3）可读性强。对于许多读者来说，阵列信号处理所涉及的内容难学、难懂、难理解，尤其是专业论文不易读懂。本书注意了这一问题，尽量做到由浅入深，注重表达的清晰性、内容的易懂性和可读性。为了便于读者阅读，本书还增加了阵列信号处理算法的MATLAB实现章节。
　　《阵列信号处理及MATLAB实现》教材，是工业和信息化部“十二五”规划教材立项项目（J081006）。本书从2013年开始动笔，2014年完成，写作历经2年。该书在编写过程中，参考了大量的著作和论文，在此表示感谢。本书得到国家自然科学基金（61371169、61301108、61071164）和南京航空航天大学教务处共同资助。
　　本书由南京航空航天大学张小飞教授、陈华伟教授、王成华教授、汪飞博士、徐大专教授、张弓教授和理工大学指挥信息系统学院仇小锋副教授执笔。汪飞博士编写了第2章和第5章；陈华伟教授完成了第6章；理工大学指挥信息系统学院仇小锋副教授完成了第10章；其他内容由张小飞教授、张弓教授和王成华教授完成。本书在编写过程中，同时还得到了冯宝、王大元、余俊、是莺、冯高鹏、孙中伟、陈未央、李建峰、吴海浪、陈晨、黄殷杰、王方秋、陈翰、杨刚、曹仁政、余骅欣、周明、李小宇、蒋驰、张立岑和李书等历届硕士研究生和博士研究生的帮助。由于时间仓促，水平有限，加上这一领域仍处于迅速发展当中，书中不当之处在所难免，敬请读者批评指正。
　　作者
　　2014年8月