本書係統闡述瞭含二次等式約束的*小二乘無源定位理論與方法,全書共4大部分18章內容。第Ⅰ部分為基礎篇(第1章~第3章),內容包括緒論、數學預備知識以及參數估計方差的剋拉美羅界分析。第Ⅱ部分介紹無係統誤差條件下含二次等式約束的*小二乘定位理論與方法(第4章~第9章),其中根據二次等式約束和輔助變量個數的不同以及二次等式約束數學模型的不同,共歸納總結齣6類定位方法,並為後續章節中的定位方法奠定瞭基礎。第Ⅲ部分介紹係統誤差存在條件下含二次等式約束的*小二乘定位理論與方法(第10章~第13章),其中選擇瞭第Ⅱ部分中的4類定位方法進行推廣。第Ⅳ部分則將前麵章節所介紹的方法推廣至更加復雜的定位場景中(第14章~第18章),其中包括5種復雜場景,分彆為多目標存在的場景、校正源存在的場景(校正源位置精確已知)、校正源位置誤差存在的場景、未知偏置存在的場景以及未知偏置和係統誤差同時存在的場景。本書可以作為高等院校通信與電子工程、信號與信息處理、控製科學與工程、應用數學等學科有關研究的專題閱讀材料或研究生的選修課教材,也可作為從事通信、雷達、電子、導航測繪、航天航空等領域的科學工作者和工程技術人員自學或研究的參考書。
王鼎,男,1982年齣生於安徽省蕪湖市,2007年和2011年在解放軍信息工程大學分彆獲得“軍事通信學”碩士學位和“通信與信息係統”博士學位,現為解放軍信息工程大學講師。近些年來一直從事統計信號處理、陣列信號處理、數字信號處理、無源定位等領域的教學和科研工作,獲國傢自然科學基金——青年科學基金資助(項目編號:61201381),獲軍隊科技進步二等奬和三等奬各1項,碩士學位論文獲全軍優秀碩士學位論文奬,博士學位論文獲解放軍信息工程大學優秀博士學位論文奬。
眾所周知,無源定位係統並不主動發射電磁信號,其具有生存能力強、隱蔽性能好、偵察作用距離遠等諸多優點,因此近幾十年來受到國內外相關學者和工程技術人員的廣泛研究。無源定位過程通常包含兩步:第一步是從目標輻射信號或目標散射第三方輻射源(或稱外輻射源)信號中提取齣用於定位的空域、時域、頻域、能量域參數;第二步則是從這些參數中進一步獲取目標的位置信息。從關鍵技術的角度來劃分,無源定位技術可以分為兩個主要研究方嚮:第一個方嚮是研究如何從無綫電信號中提取齣用於目標定位的空域、時域、頻域或者能量域參量(或稱定位觀測量);第二個方嚮則是基於這些參量估計目標的位置參數。本書主要是針對第二個方嚮展開討論和研究。
目標位置估計方法的種類繁多,有的屬於迭代類方法,有的則屬於閉式解方法,但無論哪種方法,在數學上都可以轉化成某一類最小二乘估計問題。筆者曾在《無源定位中的廣義最小二乘估計理論與方法》一書中歸納並抽象齣無源定位中的8大類最小二乘估計理論與方法。值得一提的是,在諸多最小二乘定位方法中,有一類方法是在二次等式約束條件下進行求解的,而等式約束的存在使其需要藉助於拉格朗日乘子法進行求解。由於該類方法可以獲得漸近最優的統計性能,因此得到瞭一定的關注,相關學者在專業學術期刊上也發錶瞭一些論文。然而,這些文獻大都是針對一些特定的定位觀測量進行討論的,缺乏統一的理論框架,並且其應用場景也較為受限。筆者雖然在《無源定位中的廣義最小二乘估計理論與方法》一書中也對該類定位方法進行瞭研究,但是其中的模型、方法以及應用場景都還可以進行擴充和推廣。通過對現有理論成果的提煉和總結,本書將針對含二次等式約束的最小二乘定位方法進行更為詳盡的分析和討論,書中所給齣的各種定位方法雖然都是基於某類定位觀測量所衍生齣的,但並不局限於具體的觀測量,其旨在給齣每一種含二次等式約束的最小二乘定位方法背後所蘊含的統一觀測方程、優化模型、求解算法以及性能分析方法。此外,書中還將含二次等式約束的最小二乘定位方法推廣至一些更為復雜的定位場景中,從而更全麵地說明該類定位方法的性能及其可推廣性。
全書共分為4大部分:第I部分是基礎篇;第II部分是無係統誤差條件下的理論與方法篇;第III部分是係統誤差存在條件下的理論與方法篇;第IV部分是復雜定位場景下的理論與方法篇。本書的係統誤差特指觀測站位置和速度測量誤差。
第I部分由“緒論(第1章)”“數學預備知識(第2章)”和“參數估計方差的剋拉美羅界分析(第3章)”3章構成。第1章對“無源定位技術”進行瞭簡要概述,對含二次等式約束的最小二乘無源定位方法的研究現狀進行瞭總結,還介紹瞭3種常見的無源定位體製及其定位觀測方程的代數模型。第2章介紹瞭全書中涉及的數學預備知識,包括矩陣理論、多維函數分析、拉格朗日乘子法以及一階誤差分析中的若乾重要結論。第3章給齣瞭多種定位場景下參數估計方差的剋拉美羅界。
第II部分由第4章至第9章構成,主要描述瞭無係統誤差條件下含二次等式約束的最小二乘定位方法,其中根據二次等式約束和輔助變量的個數以及二次等式約束的數學模型的不同,共歸納抽象齣6類方法,包括含單重二次等式約束和單輔助變量的最小二乘定位理論與方法(包含兩類模型)、含雙重二次等式約束和單輔助變量的最小二乘定位理論與方法、含雙重二次等式約束和雙輔助變量的最小二乘定位理論與方法(包含兩類模型)、含三重二次等式約束和雙輔助變量的最小二乘定位理論與方法。
第III部分由第10章至第13章構成,主要是將第II部分給齣的定位方法推廣至係統誤差存在的場景中,限於篇幅,僅討論4類定位方法,包括含單重二次等式約束和單輔助變量的最小二乘定位理論與方法(包含兩類模型)、含雙重二次等式約束和雙輔助變量的最小二乘定位理論與方法(包含兩類模型)。
第IV部分由第14章至第18章構成,主要是將前麵章節所描述的方法推廣至更加復雜的定位場景中,討論瞭5種復雜場景,包括多目標存在的場景、校正源存在的場景(校正源位置精確已知)、校正源位置誤差存在的場景、未知偏置存在的場景以及未知偏置和係統誤差同時存在的場景。
本書由解放軍信息工程大學一院王鼎和五院鬍濤共同執筆完成,並由王鼎對全書進行統一校對和修改。本書在編著過程中參閱瞭大量著作和論文,在此嚮這些材料的原著作者錶示誠摯的謝意。
本書得到瞭國傢自然科學基金——青年科學基金(項目編號:61201381)、中國博士後科學基金(項目編號:2016M592989)、解放軍信息工程大學首批優秀青年基金(項目編號:2016603201)的資助。此外,本書的齣版還得到瞭各級領導和電子工業齣版社的支持,在此一並錶示感謝。
限於作者水平,書中難免有疏漏和不妥之處,懇請讀者批評指正,以便於今後糾正。如果讀者對書中的內容有所疑問,可以通過電子信箱(wang_ding814@aliyun.com)與作者聯係,望不吝賜教。
作 者
2017年4月於解放軍信息工程大學
最近偶然翻閱到這本《無源定位技術:二次等式約束最小二乘估計理論與方法》,雖然我對於“二次等式約束”和“最小二乘估計”這兩個術語本身還有些模糊的概念,但光是書名就足夠吸引我瞭。無源定位,聽起來就充滿瞭科技感和神秘感,它不同於那些主動發射信號進行定位的方式,而是“無源”,這意味著它可能是在利用環境中已有的信號,比如無綫電波、聲波,甚至是更隱秘的電磁輻射,來推斷目標的位置。這其中的技術難度可想而知,需要對信號的傳播特性、環境的復雜性有著極其深入的理解。而“二次等式約束”和“最小二乘估計”的結閤,更是暗示瞭這本書在方法論上的嚴謹和深度,它不僅僅是介紹概念,更是在探討一種數學上的求解框架,旨在通過優化問題來獲得最精確的定位結果。 我尤其好奇的是,在現實應用中,無源定位技術能夠解決哪些棘手的問題?比如,在一些不允許主動發射信號的場景下,如軍事偵察、電子對抗,或者是在一些對隱蔽性要求極高的環境下,它是否能夠發揮關鍵作用?又或者是在城市復雜電磁環境下,如何剋服多徑效應、乾擾等帶來的挑戰,實現精準定位?這本書的齣現,似乎為我打開瞭一扇通往解決這些難題的大門。它會不會詳細講解各種無源信號的類型,以及如何從這些信號中提取有用的定位信息?書中提及的“理論與方法”更是讓人期待,它應該不僅僅是停留在概念層麵,而是會深入到算法的推導、實現的細節,甚至可能包含一些實際案例的分析,讓我能夠更直觀地理解這些復雜理論的落地應用。
評分剛拿到《無源定位技術:二次等式約束最小二乘估計理論與方法》這本書,就感受到一種撲麵而來的硬核氣息。這本書的標題非常具體,直指“二次等式約束”和“最小二乘估計”,這讓我推測,它一定是在方法論上做瞭非常深入的探討。無源定位本身就是一個非常有挑戰的領域,因為它不主動發射信號,所以需要依賴現有的環境信號,這其中蘊含的信號處理和算法設計難度是巨大的。而“二次等式約束”和“最小二乘估計”這兩個術語的結閤,更是讓我聯想到,這本書很可能是在解決這類問題時,會用到一係列精密的數學方法,通過建立目標函數和約束條件,來尋找最優的解。 我特彆想知道,這本書是如何處理無源定位中常見的測量噪聲和誤差的。最小二乘估計的核心思想就是最小化誤差平方和,那麼在麵臨復雜的、非綫性的無源定位模型時,如何有效地引入二次等式約束,並與最小二乘法相結閤,以獲得魯棒且精確的定位結果,這絕對是本書的亮點所在。書中是否會詳細介紹不同類型的無源定位場景,比如基於RSSI(接收信號強度指示)、TDOA(到達時間差)、AOA(到達角)等,並針對每種場景下如何建立二次等式約束以及如何運用最小二乘估計進行求解,給齣具體的理論推導和算法實現?我迫不及待地想瞭解,書中會不會提供一些實際算法的僞代碼或者算法流程圖,以便讀者能夠更好地理解和復現。
評分這本《無源定位技術:二次等式約束最小二乘估計理論與方法》給人的第一印象就是學術範兒十足,書名本身就透露齣一種嚴謹、係統和深入的風格。我猜想,它應該是一本為該領域的研究者、工程師以及高年級學生量身打造的專業書籍。書中反復齣現的“二次等式約束”和“最小二乘估計”這些詞匯,錶明它在數學建模和優化求解方麵下足瞭功夫。我非常好奇,作者是如何將這些抽象的數學工具與具體的無源定位場景相結閤的?是不是涉及到對測量誤差的建模,然後通過最小二乘法的思想來尋找一個最優的解,同時又需要滿足一係列的約束條件,以保證定位結果的閤理性和準確性? 我對書中可能涉及的“二次等式約束”的來源感到特彆好奇。在無源定位中,什麼樣的物理量或測量關係會自然地轉化為二次等式約束呢?比如,如果涉及到距離測量(如到達時間差 TOA、到達角 AOA),距離的平方通常會與目標位置坐標之間形成二次關係。那麼,如何有效地利用這些二次關係,並將其轉化為求解的約束條件,是這本書的關鍵之處吧?我期待書中能夠有詳盡的數學推導過程,清晰地展現理論的形成邏輯,並且在講解過程中,能夠穿插一些圖示或錶格,來輔助理解那些復雜的數學公式和算法流程。
評分初次接觸《無源定位技術:二次等式約束最小二乘估計理論與方法》這本書,其專業性撲麵而來。書名中的“二次等式約束”和“最小二乘估計”等專業術語,直接點明瞭這本書的學術深度和技術聚焦。無源定位本身就不是一個簡單的話題,它意味著不依賴主動發射信號,而是通過分析環境中已有的信號來推斷目標的位置。這種“被動”的定位方式,在很多對隱蔽性、安全性有極高要求的場景下具有無可替代的優勢。因此,對這類技術的研究尤為重要。 我非常好奇,書中是如何將“二次等式約束”與“最小二乘估計”巧妙地結閤起來,以解決無源定位中的復雜問題的。在實際的無源定位應用中,可能涉及到多種測量模型,這些模型經過推導,很多時候會形成非綫性的方程組。如何有效地利用二次等式約束來簡化這些方程組,或者如何將復雜的非綫性問題轉化為更易於求解的二次規劃問題,是本書的核心技術點嗎?我期待書中能夠詳細地闡述這些數學建模和求解過程,特彆是如何處理測量誤差,如何在存在噪聲乾擾的情況下,依然能夠得到一個穩定且精度較高的定位結果。書中是否會介紹相關的優化算法,比如迭代算法,以及這些算法的收斂性分析?
評分《無源定位技術:二次等式約束最小二乘估計理論與方法》這本書的標題就透露著一股嚴謹的學術氣息,讓人一眼就能看齣它是一本深度探討無源定位領域技術細節的專業著作。對於我這樣的非專業讀者來說,雖然“二次等式約束”和“最小二乘估計”這些詞匯有些抽象,但“無源定位”本身就充滿瞭引人入勝的可能性。想象一下,在沒有GPS信號或者不方便使用主動信號的復雜環境中,如何僅憑環境中已有的信號(例如射頻信號、聲波等)來確定目標的位置,這本身就是一項極具挑戰的技術。 我特彆期待的是,這本書是否會深入淺齣地解釋,如何在無源定位的各種應用場景下,構建齣“二次等式約束”。比如,是不是與某些物理量的平方有關?或者測量誤差的建模會自然引齣這類約束?而“最小二乘估計”的應用,則顯得非常自然,它似乎就是在處理不確定性、優化測量數據以找到最可能的位置。這本書的價值,我想一定在於它如何將這些數學理論與具體的無源定位技術巧妙地結閤,給齣切實可行的方法和算法。我很想知道,書中是否會涉及一些典型的無源定位係統的模型,例如利用時間差、角度差等測量信息,並詳細闡述如何應用二次等式約束的最小二乘估計方法來求解目標的位置。
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