内容简介
《空时调制理论及其阵列天线工程应用》聚焦于解决现代无线电子系统中阵列天线面临的波束调控精度、成本复杂度、扫描速度以及多域融合能力不足等关键问题。作者基于空时调制理论，提出了一系列创新性的理论与方法，为阵列天线的高精度幅相调控、高效波束扫描及复杂电磁环境下的辐射性能优化提供了新的解决方案。
全书共分为六章，第一章绪论阐述了研究背景、意义及国内外研究现状，明确了空时调制理论的核心内涵及其在阵列天线工程中的应用潜力。第二章至第五章分别围绕高精度幅相一体化调控技术、高效率相位调制技术、伪随机调制辐射调控技术及其在无线保密通信领域的应用展开了深入研究。其中，第二章提出了基于“0/＋1/－1”调制的幅相一体化调控方法，并结合MOEA/D算法实现了复杂电磁环境下的波束优化；第三章通过递增相位调制理论，显著提升了波束扫描效率，并研制了Ku波段阵列原理样机；第四章提出了基于伪随机调制的边带辐射抑制方法，并通过孔径插值技术实现了高精度波束赋形；第五章则将空时调制理论应用于无线保密通信，提出了伪随机切换型相位调制和混沌相位调制新方法，显著提升了通信系统的抗干扰能力。
《空时调制理论及其阵列天线工程应用》不仅在理论上提出了多项创新性成果，还在实验和工程实践中验证了其有效性。例如，研制的X波段幅相一体化调制模块、Ku波段64单元阵列样机以及QPSK信号传输实验等，均体现了空时调制理论在实际应用中的优越性。第六章对全书研究成果进行了总结，并展望了未来发展方向，强调了空时调制理论在多领域交叉融合中的广阔前景。
《空时调制理论及其阵列天线工程应用》结合理论推导、数值仿真与实验验证，系统性地探讨了空时调制理论在阵列天线工程中的应用，为解决现代无线电子系统中的关键技术难题提供了新思路，具有重要的理论价值和工程实践意义。
目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.1.1 波束调控精度问题 2
1.1.2 成本和复杂度问题 3
1.1.3 波束扫描速度和波束形状捷变能力不足 5
1.1.4 多域交叉融合能力不足 5
1.2 空时调制理论的概念、内涵及具体实现途径 7
1.3 国内外研究历史、现状及挑战 10
1.3.1 空时调制阵列天线的研究历史 10
1.3.2 空时调制阵列天线的研究现状 12
1.3.3 空时调制阵列天线的发展瓶颈 22
1.4 本书的主要贡献与创新 24
第二章 基于空时调制理论的阵列天线高精度幅相一体化调控技术 26
2.1 引言 26
2.2 基于空时调制理论的幅相一体化调控数学基础 28
2.2.1 周期“0/＋1/－1”调制理论 28
2.2.2 调制效率的定义与数学表征方法 31
2.3 多支路幅相一体化调控理论及其波束形成方法研究 33
2.3.1 多支路幅相一体化调控理论 34
2.3.2 基于MOEA/D算法的波束形成方法 38
2.3.3 基于四支路结构的幅相一体化调控及其阵列应用 39
2.4 幅相一体化调控的器件级非理想特性建模研究 46
2.4.1 非理想特性成因及建模方法 47
2.4.2 射频通道内幅相调控量的测量方法 53
2.4.3 X波段幅相一体化调制模块研制 54
2.4.4 非理想模型的实验验证 57
2.5 本章小结 60
第三章 基于空时调制理论的高效率相位调制技术及其阵列应用 61
3.1 引言 61
3.2 递增相位调制理论及其波束扫描方法研究 63
3.2.1 递增相位调制理论 63
3.2.2 基于递增相位调制的波束扫描方法 66
3.2.3 基于空时相位调制的Ku波段阵列原理样机研制 66
3.2.4 数值仿真与实验验证 71
3.3 递增相位调制的阵列级非理想特性建模研究 76
3.3.1 非理想特性建模方法 77
3.3.2 非理想特性建模过程 79
3.3.3 数值仿真与实验验证 82
3.4 本章小结 84
第四章 基于空时伪随机调制的阵列天线辐射调控技术 85
4.1 引言 85
4.2 基于空时伪随机调制的边带辐射抑制数学原理 87
4.3 基于孔径插值的空时幅度调制阵列及其波束形成方法 89
4.3.1 幅控波束扫描理论及其激励设计方法 90
4.3.2 基于孔径插值的伪随机幅度调制理论 96
4.3.3 调制状态的正向设计方法 99
4.3.4 数值仿真 100
4.3.5 X波段16单元阵列样机研制及实验验证 108
4.4 伪随机相位－幅度联合调制理论及其波束形成方法研究 114
4.4.1 伪随机相位－幅度联合调制理论 115
4.4.2 基于伪随机相位－幅度联合调制的波束形成方法 118
4.4.3 Ku波段64单元阵列波束扫描数值仿真 121
4.4.4 Ku波段64单元阵列波束扫描实验验证 128
4.5 本章小结 131
第五章 空时调制阵列在无线保密通信领域的应用基础研究 133
5.1 引言 133
5.2 基于伪随机切换型相位调制的方向调制应用 135
5.2.1 基于空时调制阵列的方向调制理论模型 136
5.2.2 基于差分进化算法的时序最优化设计策略 140
5.2.3 Ku波段QPSK信号传输数值仿真 143
5.2.4 Ku波段QPSK信号传输实验验证 148
5.3 基于混沌相位调制的无线保密通信应用 152
5.3.1 一维Logistic混沌映射 153
5.3.2 适用于保密通信的混沌相位调制理论 156
5.3.3 混沌相位调制时序的设计方法 160
5.3.4 数值仿真 162
5.3.5 实验验证 170
5.4 本章小结 175
第六章 总结与展望 176
6.1 总结 176
6.2 展望 178
参考文献 181
前言/序言
序
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中国工程院院士 邓龙江
2024年12月
