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。
盛卫星，南京理工大学教授，中国兵工学会电磁技术专委会副主任委员。长期从事阵列天线与阵列信号处理、自适应信号处理、人工智能目标探测识别、目标特性建模及应用等领域的研究。先后主持承担基础加强重点项目、国家高新工程专项项目、国家自然科学基金项目等省部级以上项目12项，荣获国防科技进步二等奖1项、三等奖1项，荣获江苏省教学成果特等奖1项、一等奖1项、二等奖1项，主持一门国家一流本科课程建设。
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
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