超分辨測向理論及其性能優化技術（簡體書）

本書系統地論述了超分辨測向的理論、算法以及一些提高測向精度和測向速度的技術，總結了作者從博士階段開始至今的研究成果以及國際上這一領域的研究進展。全書共由10章組成，主要內容有：空間譜估計的研究進展、典型的陣列信號模型、信號個數估計算法、常規的超分辨測向算法、虛擬陣列測向算法、極化敏感陣列下的循環平穩信號測向算法、寬帶聚焦類測向算法、陣列誤差校正算法、遠近場混合信號超分辨測向算法以及超分辨測向的快速算法與硬件實現技術。本書適合從事雷達、通信、導航、聲呐與電子對抗等領域的專業技術人員學習與參考。相關專業的本科生、研究生可以將本書作為教材、教輔使用。

甄佳奇，黑龍江大學副教授，碩士生導師，黑龍江省儀器儀錶學會理事。主持國家自然科學基金1項、黑龍江省自然科學基金1項、黑龍江省博士後科研啟動基金項目1項，以及黑龍江大學教學、科研項目多項。發表SCI和EI檢索論文20餘篇，專利10余項。入選“黑龍江省普通本科高等學校青年創新人才培養計劃”和無錫市惠山區“雙千”行動計劃引進人才。主要從事寬頻帶系統的信號檢測、處理與識別，智能感知與機器學習、物聯網嵌入式系統設計等方面的研究。

第 1章 緒論 1
1.1 背景與意義 1
1.2 國內外研究現狀 2
1.2.1 信號個數估計 2
1.2.2 傳統的超分辨測向算法 4
1.2.3 稀疏重構類超分辨測向算法 5
1.2.4 虛擬陣列下的超分辨測向算法 7
1.2.5 極化敏感陣列下的超分辨測向算法 8
1.2.6 寬帶信號超分辨測向算法 10
1.2.7 超分辨測向陣列誤差校正算法 12
1.2.8 遠近場混合信號超分辨測向算法 13
1.2.9 超分辨測向算法的硬件實現技術 14
1.3本書主要內容及結構安排 16
第 2章 超分辨測向基礎 17
2.1 陣列信號處理中的幾個重要概念 17
2.2 均勻線陣模型 19
2.3 空間任意陣列模型 20
2.4 均勻圓陣模型 21
2.5 相關信號模型 21
2.6 寬帶陣列信號模型 22
2.7 存在陣列誤差時的信號模型 24
2.8 遠近場混合信號模型 25
第3章 陣列信號個數估計算法 28
3.1 假設檢驗準則 28
3.1.1 陣列信號模型 28
3.1.2 多重假設檢驗 29
3.1.3 利用Bootstrap構造檢驗閾值 29
3.2 信息論準則 31
3.2.1 信息論準則的推導 31
3.2.2 信息論準則估計信源數的特性分析 34
3.3 色噪聲背景下的信號個數估計 37
3.3.1 信號模型 37
3.3.2基於蓋氏圓盤定理的相干信號個數估計 37
3.3.3 基於協方差矩陣對角加載的信息論準則 40
3.3.4 基於特徵值校正的聯合信息論算法 41
3.3.5 基於聚類分析的信號個數估計算法 43
3.3.6 利用Bootstrap實現的基於特徵值加權的算法 44
第4章 常規的超分辨測向算法 48
4.1 經典MUSIC算法 48
4.1.1 MUSIC算法基本原理 48
4.1.2 MUSIC算法的性能分析 51
4.2 ESPRIT算法 54
4.3 最大似然算法 56
4.4 稀疏重構DOA估計 58
4.4.1 離散稀疏信號模型 58
4.4.2 壓縮採樣重建算法的概述 59
4.4.3 凸優化算法 60
4.4.4 貪婪算法 61
4.4.5 塊稀疏重構算法 65
4.4.6 網格失配的稀疏重構算法 68
4.4.7 連續域內的稀疏重構算法 72
第5章 虛擬陣列下的測向算法 79
5.1 均勻圓陣下的虛擬陣列測向 79
5.1.1 圓陣的模式空間變換 79
5.1.2 虛擬均勻線陣的性能分析 82
5.1.3 模式空間平滑算法 84
5.1.4 模式空間下的ESPRIT算法 85
5.2 任意陣列下的內插平滑算法 88
5.2.1 內插陣列變換 88
5.2.2 內插扇區的選取 89
5.2.3 內插平滑算法 89
5.3 虛擬平移算法 91
第6章 極化敏感陣列下的循環平穩信號測向 94
6.1 極化敏感陣列 94
6.1.1 電磁波極化原理 94
6.1.2 極化波的表示 95
6.1.3 極化矢量傳感器 96
6.2 循環平穩信號 100
6.2.1 循環平穩信號的定義 100
6.2.2 循環相關函數的性質 101
6.2.3 信號的循環平穩性抑制干擾和噪聲的能力 101
6.3 基於極化敏感陣列的循環平穩相干信號測向算法 102
6.3.1 信號模型 102
6.3.2 算法原理分析 103
第7章 寬帶聚焦類超分辨測向算法 107
7.1 聚焦方法的基本原理 107
7.2 CSM方法分辨相干信號的實質 108
7.3 相干信號子空間聚焦算法 108
7.3.1 雙邊相關變換算法 109
7.3.2 二維寬帶相干信號快速測向算法 110
第8章 陣列誤差校正算法 115
8.1 陣元間互耦 115
8.1.1 陣元間互耦對DOA估計的影響 115
8.1.2 陣元間互耦的校正 116
8.2 陣列通道幅相不一致性誤差 117
8.2.1陣列通道幅相不一致性誤差對DOA估計的影響 117
8.2.2 陣列通道幅相不一致性的輔加陣元法 119
8.3 陣元位置誤差 121
8.3.1 陣元位置誤差對DOA估計的影響 121
8.3.2 基於遺傳算法的陣元位置誤差校正算法 122
第9章 遠近場混合信號超分辨測向算法 137
9.1 基於四階累積量的算法 137
9.1.1 高階累積量的特性 137
9.1.2 基於四階累積量的兩步MUSIC算法 138
9.2 基於二階統計量的斜投影算法 141
9.2.1 斜投影算法的原理 141
9.2.2 斜投影法的實現步驟 142
9.3 存在陣列幅相誤差下的遠近場混合信號測向算法 143
9.3.1存在陣列幅相誤差時的混合信號模型 143
9.3.2 遠場信號到達方向估計 144
9.3.3 陣列幅相誤差估計 145
9.3.4 近場信號到達方向估計 146
第 10章 超分辨測向的快速算法與硬件實現技術 153
10.1 DOA估計快速算法 153
10.1.1 基於多級維納濾波器的特徵向量求解算法 153
10.1.2 MUSIC算法譜峰搜索的快速實現方法 157
10.2 MUSIC算法的FPGA實現 158
10.2.1 協方差矩陣的FPGA實現 159
10.2.2 特徵值分解模塊的FPGA實現 159
10.2.3 譜峰搜索的FPGA實現 162
10.3 MUSIC算法的多DSP實現技術 163
10.3.1 測向系統構成 163
10.3.2 測向系統工作過程簡介 164
10.3.3 DSP芯片的選擇原則 165
10.3.4 TI和ADI主流DSP性能比較 165
10.3.5 基於TMS320C6201的多處理器實現 166
10.3.6 基於多ADI處理器的鏈路口級聯松耦合實現 185
10.3.7 基於多ADI處理器的共享總線緊耦合實現 193
參考文獻 200