空時信號處理等效原理與方法（簡體書）

前言

空時信號處理(space time signal processing,STSP)是在陣列信號處理、雷達信號處理、現代數字信號處理基礎上發展起來的一門重要技術，包含了自適應陣列、空間譜估計和空時自適應信號處理等主要內容，在雷達、通信、聲吶、導航、電子對抗、地震預報、語音處理、射電天文、生物醫學等眾多領域有著極其廣闊的應用前景。隨著當前電子技術與信息科學的迅猛發展，該技術仍在快速發展中。從學術研究的角度來看，國內外有不少學者從事這一領域的科學研究，有大量的文獻報道其新成果與新進展，不斷有新算法涌現； 從教學的角度來看，國內外有很多高校專門開設了雷達信號處理和陣列信號處理的相關課程； 從應用的角度來看，軍內外很多武器裝備和民用設備也都迫切需要發展與應用該技術。為此，

我們在分析總結國內外相關成果的基礎上，結合多年來的研究成果和心得體會撰寫了此專著，希望為

本領域的專家學者、工程技術人員及廣大師生提供一部有價值的參考書或教學用書。前期，王永良院士等已經撰寫

了STSP領域中三個主要方向的三部專著，分別是《空時自適應信號處理》《空間譜估計理論與算法》《自適應陣列處理》。本書則是在STSP三個主要方向的基礎上，從空時二維聯合處理中的等效性角度，分析典型方法涉及的概念、原理、結構、參數等的相關關係，目的是串起這三個方向中的相通點，確定空時等效理念，深入理解涉及的一些基本概念和本質，並基於等效理念創新發展新算法，便於廣大科技工作者更全面地掌握本領域的技術方法，並能利用相關方法進行

技術創新與實踐運用，從而發展STSP這一學科專業。

筆者在空軍預警

學院長期從事陣列信號處理技術在雷達中的應用基礎研究和相關的教學任務，根據本人的教學和科研體會，讀者自學STSP的三個內容還是比較困難的，因此需要一本內容簡練、原理通俗，且便於理解，能夠串起三大內容的專著作為導論。為此，筆者從空時等效性的角度出發，全面總結了這三個內容中的相通點，並從空域、時域相互轉化並向空時域推廣，創新出一些具有實際意義的新方法，撰寫了本著作。全書共分7章，內容包括空時信號處理框架、空時采樣、空時譜估計、空時自適應處理、空時平滑、空時線性預測和空時目標檢測等，每一章都從空域、時域和空時域的角度分析闡述，從而讓讀者能夠融會貫通STSP的三大內容。

在本書的編寫過程中，力圖體現三大特色： 體系結構新、內容選材精和可讀性強。就體系結構而言，本書沒有圍繞單一的陣列信號處理或雷達信號處理的體系來進行展開，而是通過空域和時域對比及向空時域的推廣來展開，從而為讀者理解不同方向內的算法關係提供了途徑，打開了思路，並從等效性出發提出了一些新的算法，供工程參考使用。就內容選材而言，本書側重於三大內容中的共性問題，包括空時采樣、空時譜估計、空時自適應處理、空時平滑、空時線性預測等問題，這些問題在空域、時域和空時域都存在，只是在不同的領域或方向內單獨學習時是很難將其聯系到一起的，通過本書的安排就可以

容易地找到突破的方向，對於進一步發展STSP理論與技術具有啟發與引導作用。就可讀性而言，

STSP的知識理論性強、專業基礎知識要求高，就教學的情況看，

學生普遍反映難學、難懂、難理解。本書就這一問題，通過空域和時域對比、時域推廣、空域推廣、典型圖例等方式，盡量做到由淺入深，特別注意表達的清晰性、易懂性和可讀性。

為了實現上述特色，筆者做了大量工作，從開始撰寫、查閱資料到完成本書已歷時三年多。

但由於本學科的發展速度極快，實際應用領域很寬，加上作者水平有限，書中肯定

存在不妥，甚至錯誤之處，懇請讀者批評指正！

能寫完這部專著

還要感謝同事們，在大家的不懈努力下，“空時信號處理團隊”取得了本領域國內外專家認可的一些成果，

也正是在與王首勇教授、陳建文教授、李榮鋒教授、謝文衝副教授、母其勇講師、陳風波

講師、鄧鈺講師、

段克清博士、任磊博士、高飛博士、鮑拯博士、戴凌燕博士、王俊博士、杜慶磊博士、張昭建博士、劉維建博士、周必雷博士、李檳檳博士、張佳佳博士等的不斷交流與科研合作中，獲得了很多的靈感和幫助。

陳輝王永良

2020.11

目錄

第1章緒論

1.1基本概念

1.2空時信號處理框架

1.3本書內容及說明

第2章空時采樣

2.1時域采樣定理

2.1.1時域信號采樣

2.1.2時域帶通信號采樣

2.2空域采樣定理

2.2.1空域采樣

2.2.2空域帶通采樣

2.3非均勻采樣

2.3.1時域非均勻采樣

2.3.2空域非均勻采樣

2.4間隔采樣

2.5空時二維采樣

2.6采樣中的空時等效性

2.7小結

第3章空時譜估計

3.1數據模型

3.2時域譜估計

3.2.1離散傅裡葉變換

3.2.2最小均方誤差算法

3.2.3最小方差算法

3.2.4多信號分類算法

3.2.5最小模算法

3.3空域譜估計

3.3.1常規波束形成

3.3.2最小均方誤差算法

3.3.3最小方差算法

3.3.4多信號分類算法

3.3.5最小模算法

3.4空時二維譜估計

3.4.1一維搜索算法

3.4.2多維搜索算法

3.4.3求解類算法

3.5譜估計中的空時等效性

3.6小結

第4章空時自適應處理

4.1時間域自適應處理

4.2頻率域自適應處理

4.3陣元域自適應處理

4.4波束域自適應處理

4.5空時二維自適應處理

4.5.1陣元脈衝域自適應

4.5.2波束脈衝域自適應

4.5.3陣元多普勒域自適應

4.5.4波束多普勒域自適應

4.6自適應中的空時等效性

4.7小結

第5章空時平滑

5.1相幹信號源模型

5.2空間平滑處理

5.2.1空間平滑算法的原理

5.2.2經典的空間平滑算法

5.2.3空間平滑算法的推廣

5.3時間平滑處理

5.3.1前向時間平滑

5.3.2後向時間平滑

5.3.3雙向時間平滑

5.4空時平滑處理

5.5平滑中的空時等效性

5.6小結

第6章空時線性預測

6.1線性預測的基本原理

6.2空域線性預測算法

6.2.1一階單向線性預測

6.2.2多階單向線性預測

6.2.3一階雙向線性預測

6.2.4多階雙向線性預測

6.3時域線性預測算法

6.3.1一階單向線性預測

6.3.2多階單向線性預測

6.3.3一階雙向線性預測

6.3.4多階雙向線性預測

6.4空時二維線性預測原理

6.4.1一階線性預測

6.4.2多階線性預測

6.4.3空時二維線性預測推廣

6.5線性預測中的空時等效性

6.6小結

第7章空時目標檢測

7.1相參處理

7.1.1時域相參處理

7.1.2空域相參處理

7.1.3空時域相參處理

7.2動目標顯示

7.2.1時域動目標顯示技術

7.2.2天線對消技術

7.2.3相位中心偏置天線技術

7.3動目標檢測

7.3.1時域動目標檢測

7.3.2波束空間處理

7.3.3空時二維波束空間處理

7.4頻率調制技術

7.4.1線性調頻信號

7.4.2頻率掃描相控陣

7.4.3頻率分集相控陣

7.5小結

參考文獻