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感知信息論 
定 價：128 元 叢書名：網(wǎng)絡協(xié)同高精度定位技術叢書
9 7 4 8 8 7 4 1 9 2 9 1 5 讀者對象:信息工程、計算機與控制工程專業(yè)本科生，以及雷達、通信、聲學、光學和計算機等相關領域的教學、科研及工程技術人員 
空間信息論是研究信息獲取一般規(guī)律的理論體系。本書系統(tǒng)地論述空間信息論的基本理論，內(nèi)容包括：香農(nóng)信息論基礎；空間信息論的基本框架；單目標探測的距離信息和散射信息；多目標探測的距離信息和散射信息；傳感器陣列的方向信息和散射信息；相控陣雷達的距離-方向信息和散射信息；目標檢測的信息理論；雷達通信一體化的信息論建模及優(yōu)化。本書的核心內(nèi)容是探測信息的概念和雷達定理，還論述了空間信息論和雷達信號處理及通信理論的關系，對實際雷達系統(tǒng)設計有重要參考價值。本書概念清晰，結構嚴謹，內(nèi)容屬于國際前沿基礎研究領域，可作為高等學校信息工程、計算機與控制工程專業(yè)本科生、研究生課程教材，也可供雷達、通信、聲學、光學和計算機等相關領域的教學、科研及工程技術人員參考。
【徐大專】南京航空航天大學教授/博導，通信與信息系統(tǒng)和網(wǎng)絡空間安全學科學術帶頭人，通信工程研究所所長。江蘇省優(yōu)秀研究生導師，教育部首批骨干教師基金獲得者，入選江蘇省青藍工程和"六大人才高峰”計劃。研究領域包括探測信息理論、寬帶無線通信和通信信號處理。在國內(nèi)外刊物發(fā)表學術論文200余篇，出版學術專著4部，授權國家發(fā)明專利15項。獲省部級科技進步二等獎 1 項、三等獎 3 項�！緩埿★w】南京航空航天大學教授/博導，通信工程研究所常務副所長、電磁頻譜空間動態(tài)認知系統(tǒng)重點實驗室常務副主任，入選愛思唯爾“中國高被引學者”、全球前2%頂尖科學家。為中國通信學會青年工作委員會委員、中國電子學會教育工作委員會青年組委員、江蘇省科技評估專家。為20多家國際會議TPC成員，擔任10多家刊物的編委；任國際刊物客座主編；受邀做會議主題報告10多次、主持國際會議一次。
第1章 緒論………………………………………………………………………… １
１.１ 感知信息論的研究背景 ………………………………………………… １ １.２ 感知信息論的研究問題 ………………………………………………… １ １.３ 信息論在雷達感知領域的前期研究工作 ……………………………… ３ １.３.１ 距離互信息……………………………………………………… ３ １.３.２ 以互信息和相對熵為測度的雷達波形設計…………………… ４ １.３.３ 信息論在雷達信號處理領域的應用…………………………… ５ １.４ 感知信息論的原創(chuàng)性貢獻 ……………………………………………… ５ １.４.１ 感知信息論的原創(chuàng)性概念……………………………………… ５ １.４.２ 感知信息論的原創(chuàng)方法………………………………………… ６ １.４.３ 感知信息論證明的主要定理…………………………………… ７ １.４.４ 感知信息論的應用價值………………………………………… ８ 第２ 章 香農(nóng)信息論基礎 ………………………………………………………… １０ ２.１ 矩陣代數(shù)基礎…………………………………………………………… １０ ２.１.１ 特征與特征矢量 ……………………………………………… １０ ２.１.２ 矩陣的奇異值分解 …………………………………………… １０ ２.１.３ Ｈｅｒｍｉｔｉａｎ 矩陣 ………………………………………………… １１ ２.１.４ Ｋｒｏｎｅｃｋｅｒ 積 …………………………………………………… １１ ２.１.５ 矩陣求逆 ……………………………………………………… １２ ２.２ 離散信源的熵…………………………………………………………… １３ ２.３ 條件熵與聯(lián)合熵………………………………………………………… １３ ２.３.１ 條件熵 ………………………………………………………… １３ ２.３.２ 聯(lián)合熵 ………………………………………………………… １４ ２.３.３ 各類熵的關系 ………………………………………………… １４ ２.４ 互信息…………………………………………………………………… １６ ２.４.１ 互信息的定義 ………………………………………………… １６ Ⅻ ２.４.２ 互信息的性質(zhì) ………………………………………………… １７ ２.４.３ 條件互信息 …………………………………………………… １８ ２.４.４ 信息散度 ……………………………………………………… １８ ２.４.５ 平均互信息 …………………………………………………… １９ ２.４.６ 多變量的互信息 ……………………………………………… ２１ ２.４.７ 平均條件互信息 ……………………………………………… ２３ ２.５ 連續(xù)隨機變量…………………………………………………………… ２４ ２.５.１ 連續(xù)信源的熵與平均互信息 ………………………………… ２４ ２.５.２ 幾種特殊分布信源的熵 ……………………………………… ２８ ２.５.３ 限平均功率最大熵定理 ……………………………………… ３１ ２.５.４ 熵功率 ………………………………………………………… ３３ ２.６ 信道及其容量…………………………………………………………… ３３ ２.６.１ 信道模型 ……………………………………………………… ３３ ２.６.２ 信道分類 ……………………………………………………… ３４ ２.６.３ 連續(xù)信道分類 ………………………………………………… ３５ ２.６.４ 加性噪聲信道及其容量 ……………………………………… ３６ ２.６.５ 加性高斯信道及其容量 ……………………………………… ３７ ２.６.６ 多維無記憶加性高斯信道 …………………………………… ３９ ２.６.７ 限頻限功率高斯信道容量與香農(nóng)信道容量公式 …………… ４１ ２.６.８ 香農(nóng)信道編碼定理 …………………………………………… ４４ ２.６.９ ＭＩＭＯ 信道及其容量 ………………………………………… ４６ 第３ 章 感知信息論的理論框架 ………………………………………………… ４８ ３.１ 雷達信號處理基礎……………………………………………………… ４８ ３.１.１ 雷達感知系統(tǒng)的基本功能 …………………………………… ４８ ３.１.２ 多天線脈沖雷達與常規(guī)波束形成 …………………………… ５０ ３.１.３ 多普勒頻移 …………………………………………………… ５３ ３.１.４ 匹配濾波器 …………………………………………………… ５７ ３.１.５ 模糊函數(shù) ……………………………………………………… ６２ ３.１.６ 雷達發(fā)射信號及主要參數(shù) …………………………………… ６５ ３.１.７ 雷達目標散射的統(tǒng)計模型 …………………………………… ６８ ３.１.８ 雷達目標檢測 ………………………………………………… ７１ ３.２ 貝葉斯估計理論………………………………………………………… ７２ ３.２.１ 貝葉斯公式的密度函數(shù)形式 ………………………………… ７２ ?? ３.２.２ 貝葉斯估計和誤差 …………………………………………… ７５ ３.２.３ 先驗分布的確定 ……………………………………………… ７６ ３.２.４ 似然原理 ……………………………………………………… ７６ ３.２.５ 無信息先驗 …………………………………………………… ７６ ３.３ 感知信息的定量………………………………………………………… ７９ ３.３.１ 雷達目標感知系統(tǒng)模型 ……………………………………… ７９ ３.３.２ 感知信息的概念及其定量 …………………………………… ８０ ３.４ 感知信息的意義………………………………………………………… ８１ ３.４.１ 均方誤差的泛濫 ……………………………………………… ８２ ３.４.２ 微分熵的單位 ………………………………………………… ８３ ３.４.３ 感知信息與熵誤差 …………………………………………… ８４ ３.５ 最優(yōu)感知問題…………………………………………………………… ８７ ３.５.１ 常用的檢測和估計方法 ……………………………………… ８７ ３.５.２ 經(jīng)驗信息與感知精度 ………………………………………… ８８ ３.５.３ 感知定理概要 ………………………………………………… ８８ 第４ 章 參數(shù)估計與空間信息 …………………………………………………… ９０ ４.１ 雷達感知系統(tǒng)模型……………………………………………………… ９０ ４.２ 雷達感知的等效通信系統(tǒng)模型………………………………………… ９１ ４.３ 空間信息………………………………………………………………… ９３ ４.３.１ 雷達感知信道模型 …………………………………………… ９３ ４.３.２ 雷達感知信源模型 …………………………………………… ９３ ４.３.３ 聯(lián)合距離－散射信息的定義…………………………………… ９４ ４.４ 恒模散射目標的時延估計……………………………………………… ９６ ４.４.１ 測距信道模型 ………………………………………………… ９６ ４.４.２ 時延的后驗分布與最大后驗估計 …………………………… ９８ ４.４.３ 第一類測距分布 ……………………………………………… １００ ４.４.４ 距離信息的計算 ……………………………………………… １００ ４.４.５ 距離信息的上界 ……………………………………………… １０１ ４.５ 抽樣后驗概率估計 …………………………………………………… １０５ ４.６ 最小散度估計 ………………………………………………………… １０６ ４.７ 復高斯散射目標的時延估計 ………………………………………… １０８ ４.７.１ 時延估計的后驗分布 ………………………………………… １０８ ４.７.２ 時延估計的克拉美羅界 ……………………………………… １１０ ?? ４.７.３ 第二類測距分布 ……………………………………………… １１２ ４.７.４ 距離信息的上界 ……………………………………………… １１３ ４.８ 熵誤差 ………………………………………………………………… １１５ ４.８.１ 熵誤差的定義 ………………………………………………… １１６ ４.８.２ 距離信息－熵偏差關系定理 ………………………………… １１８ ４.８.３ 經(jīng)驗熵誤差 …………………………………………………… １１９ ４.９ 熵誤差的閉合表達式 ………………………………………………… １１９ ４.９.１ 后驗微分熵的一般表達式 …………………………………… １２０ ４.９.２ Ｈｗ、 Ｈｓ 和 κ 的近似計算 …………………………………… １２２ ４.９.３ 距離信息與熵誤差的閉合表達式 …………………………… １２４ ４.１０ 散射信息……………………………………………………………… １２８ ４.１０.１ 恒模散射目標的散射信息 ………………………………… １２８ ４.１０.２ 復高斯散射目標的散射信息 ……………………………… １３１ 第５ 章 多目標參數(shù)估計與空間分辨率………………………………………… １３３ ５.１ 多目標參數(shù)估計 ……………………………………………………… １３３ ５.１.１ 多目標系統(tǒng)模型 ……………………………………………… １３３ ５.１.２ 多目標空間信息的概念 ……………………………………… １３４ ５.２ 多個復高斯散射目標的距離信息 …………………………………… １３５ ５.２.１ 多目標測距信道模型 ………………………………………… １３５ ５.２.２ 多目標距離信息的最大似然估計 …………………………… １３７ ５.２.３ 最大后驗概率估計和抽樣后驗概率估計 …………………… １３８ ５.２.４ 兩目標距離信息的后驗分布 ………………………………… １４０ ５.２.５ 多目標距離信息的數(shù)值計算 ………………………………… １４１ ５.２.６ 兩目標測距的 Ｆｉｓｈｅｒ 信息與克拉美羅界 …………………… １４２ ５.３ 多個恒模散射目標的距離信息 ……………………………………… １４４ ５.３.１ 距離信息 ……………………………………………………… １４４ ５.３.２ 距離信息的上界 ……………………………………………… １４５ ５.４ 多目標散射信息的計算 ……………………………………………… １４９ ５.５ 距離分辨率 …………………………………………………………… １５２ ５.５.１ 兩目標散射信息的閉合表達式 ……………………………… １５２ ５.５.２ 距離分辨率方式 ……………………………………………… １５４ ５.５.３ 多目標參數(shù)估計的顯微方法 ………………………………… １５６ ?? 第６ 章 參數(shù)估計定理…………………………………………………………… １５７ ６.１ 參數(shù)估計定理的直觀解釋 …………………………………………… １５７ ６.２ 連續(xù)隨機變量的漸近等分特性及典型集 …………………………… １５８ ６.２.１ 漸近等分特性 ………………………………………………… １５８ ６.２.２ 典型集 ………………………………………………………… １５９ ６.３ 聯(lián)合典型序列 ………………………………………………………… １６０ ６.４ 參數(shù)估計定理的證明 ………………………………………………… １６４ ６.５ 推廣的 Ｆａｎｏ 不等式 …………………………………………………… １６８ ６.６ 參數(shù)估計定理的逆定理 ……………………………………………… １６９ 第７ 章 天線陣列的方向信息和散射信息……………………………………… １７１ ７.１ 陣列信號處理基礎 …………………………………………………… １７１ ７.１.１ 窄帶信號 ……………………………………………………… １７１ ７.１.２ 天線陣列統(tǒng)計模型 …………………………………………… １７１ ７.２ 天線陣列的空間信息 ………………………………………………… １７７ ７.３ 信源的方向信息 ……………………………………………………… １７８ ７.３.１ 恒模信源的方向信息 ………………………………………… １７８ ７.３.２ 復高斯信源的方向信息 ……………………………………… １８３ ７.３.３ 方向估計的熵誤差 …………………………………………… １８６ ７.３.４ 方向估計熵誤差的閉合表達式 ……………………………… １９０ ７.４ 信源的散射信息 ……………………………………………………… １９５ ７.４.１ 恒模信源的散射信息 ………………………………………… １９５ ７.４.２ 復高斯信源的散射信息 ……………………………………… １９５ ７.５ 多信源的空間信息 …………………………………………………… １９７ ７.５.１ 方向信息 ……………………………………………………… １９７ ７.５.２ 稀疏信源的散射信息 ………………………………………… １９８ ７.５.３ 方向分辨率 …………………………………………………… ２０１ 第８ 章 相控陣雷達的空間信息理論…………………………………………… ２０６ ８.１ 相控陣雷達系統(tǒng)模型 ………………………………………………… ２０６ ８.２ 相控陣雷達的感知信道模型 ………………………………………… ２１０ ８.２.１ 感知信源的統(tǒng)計模型 ………………………………………… ２１０ ８.２.２ 感知信道的統(tǒng)計模型 ………………………………………… ２１１ ?? �。�.２.３ 位置信息的后驗概率分布 …………………………………… ２１３ ８.２.４ 位置信息和熵誤差 …………………………………………… ２１５ ８.３ 位置信息閉合表達式 ………………………………………………… ２１６ ８.３.１ 一般的位置信息閉合表達式 ………………………………… ２１６ ８.３.２ 后驗微分熵近似表達式 ……………………………………… ２１８ ８.４ 位置信息上界和熵誤差下界 ………………………………………… ２２３ ８.４.１ 位置信息和熵誤差的閉合表達式 …………………………… ２２４ ８.４.２ 克拉美羅界與 Ｆｉｓｈｅｒ 信息矩陣 ……………………………… ２２５ ８.４.３ 仿真結果 ……………………………………………………… ２２６ ８.５ 相控陣雷達的散射信息 ……………………………………………… ２２８ ８.５.１ 單個恒模散射目標的散射信息 ……………………………… ２２８ ８.５.２ 單個復高斯散射目標的散射信息 …………………………… ２３０ ８.５.３ 兩個復高斯散射目標的散射信息 …………………………… ２３１ ８.６ 相控陣雷達的分辨率方程 …………………………………………… ２３２ 第９ 章 脈沖多普勒雷達的空間信息理論……………………………………… ２３５ ９.１ 脈沖多普勒雷達系統(tǒng)模型 …………………………………………… ２３５ ９.２ 脈沖多普勒雷達的多普勒散射信息 ………………………………… ２３６ ９.３ 距離－多普勒信息與熵誤差…………………………………………… ２４０ ９.３.１ 距離－多普勒聯(lián)合后驗分布 ………………………………… ２４０ ９.３.２ 距離－多普勒相關函數(shù) ……………………………………… ２４２ ９.３.３ 距離－多普勒信息的上界 …………………………………… ２４５ ９.３.４ 距離－多普勒信息的閉合表達式 …………………………… ２４６ ９.３.５ 距離－多普勒估計熵誤差 …………………………………… ２４８ ９.４ 距離－多普勒分辨率…………………………………………………… ２５０ ９.４.１ 距離－多普勒分辨率的概念 ………………………………… ２５０ ９.４.２ 距離－多普勒分辨率表達式 ………………………………… ２５１ ９.５ 仿真結果 ……………………………………………………………… ２５１ ９.５.１ 多普勒散射信息 ……………………………………………… ２５１ ９.５.２ 距離－多普勒信息與熵誤差 ………………………………… ２５４ ９.５.３ 距離－多普勒分辨率 ………………………………………… ２５６ 第１０ 章 ＭＩＭＯ 雷達的空間信息理論 ………………………………………… ２６０ １０.１ ＭＩＭＯ 雷達系統(tǒng)模型 ………………………………………………… ２６０ ⅩⅦ １０.２ ＭＩＭＯ 雷達的空間信息 ……………………………………………… ２６６ １０.２.１ 空間信息的定義 …………………………………………… ２６６ １０.２.２ 目標參數(shù)的統(tǒng)計模型 ……………………………………… ２６７ １０.３ ＭＩＭＯ 雷達的距離－方向信息 ……………………………………… ２６８ １０.３.１ 距離－方向信息表達式……………………………………… ２６８ １０.３.２ 距離－方向信息的漸近上界………………………………… ２７１ １０.４ ＭＩＭＯ 雷達距離－方向信息的近似表達式 ………………………… ２７７ １０.５ ＭＩＭＯ 雷達的散射信息 ……………………………………………… ２７９ １０.５.１ 恒模散射 …………………………………………………… ２７９ １０.５.２ 復高斯散射 ………………………………………………… ２８１ １０.６ ＭＩＭＯ 雷達的距離－方向分辨率 …………………………………… ２８２ 第１１ 章 目標檢測的空間信息理論 …………………………………………… ２８５ １１.１ 目標檢測的評價指標………………………………………………… ２８５ １１.２ 目標檢測系統(tǒng)模型…………………………………………………… ２８６ １１.３ 目標檢測信息的定義………………………………………………… ２８７ １１.４ 目標檢測信息的計算………………………………………………… ２８７ １１.４.１ 一般復高斯散射目標檢測信息的計算 …………………… ２８７ １１.４.２ 單個復高斯散射目標檢測信息的計算 …………………… ２８９ １１.４.３ 已知目標位置時復高斯散射目標檢測信息的計算 ……… ２９０ １１.４.４ 恒模散射目標檢測信息的計算 …………………………… ２９１ １１.４.５ 已知目標位置時恒模散射目標檢測信息的計算 ………… ２９２ １１.５ 檢測熵數(shù)……………………………………………………………… ２９３ １１.６ 檢測信息準則下的虛警概率和檢測概率…………………………… ２９３ １１.６.１ 單個復高斯散射目標的虛警概率和檢測概率 …………… ２９３ １１.６.２ 已知復高斯散射目標位置時的虛警概率和檢測概率 …… ２９７ １１.６.３ 恒模散射目標的虛警概率和檢測概率 …………………… ２９８ １１.６.４ 已知恒模散射目標位置時的虛警概率和檢測概率 ……… ３０２ １１.７ 目標檢測的無偏性…………………………………………………… ３０２ １１.８ ＮＰ 檢測器的虛警概率和檢測概率 ………………………………… ３０４ １１.８.１ 復高斯散射目標 ＮＰ 檢測器的虛警概率和檢測概率 …… ３０４ １１.８.２ 已知復高斯散射目標位置時ＮＰ 檢測器的虛警概率 和檢測概率 ………………………………………………… ３０５ １１.８.３ 恒模散射目標ＮＰ 檢測器的虛警概率和檢測概率 ………… ３０５ ⅩⅧ �。保�.８.４ 已知恒模散射目標位置時ＮＰ 檢測器的虛警概率和 檢測概率 …………………………………………………… ３０６ １１.９ ＭＡＰ 檢測器的虛警概率和檢測概率 ……………………………… ３０７ １１.９.１ 復高斯散射目標 ＭＡＰ 檢測器的虛警概率和檢測概率…… ３０７ １１.９.２ 已知復高斯散射目標位置時ＭＡＰ 檢測器的虛警概率 和檢測概率 ………………………………………………… ３０８ １１.９.３ 恒模散射目標 ＭＡＰ 檢測器的虛警概率和檢測概率……… ３１０ �。保�.９.４ 已知恒模散射目標位置時ＭＡＰ 檢測器的虛警概率 和檢測概率 ………………………………………………… ３１１ １１.１０ ＮＰ 檢測器和 ＭＡＰ 檢測器的檢測信息 …………………………… ３１３ １１.１１ 仿真結果 …………………………………………………………… ３１４ １１.１１.１ 基于先驗概率的性能比較 ………………………………… ３１４ １１.１１.２ 檢測信息與信噪比的關系 ………………………………… ３１５ １１.１１.３ 目標位置已知和未知時的檢測信息 ……………………… ３１５ １１.１１.４ 兩種檢測器工作特性的比較 ……………………………… ３１６ 第１２ 章 目標檢測定理 ………………………………………………………… ３１９ １２.１ 目標檢測定理的直觀解釋…………………………………………… ３１９ １２.２ 離散隨機變量的漸近等分特性及典型集…………………………… ３２０ １２.２.１ 弱大數(shù)定律與漸近等分特性 ……………………………… ３２０ １２.２.２ 典型集 ……………………………………………………… ３２０ １２.３ 聯(lián)合典型序列………………………………………………………… ３２２ １２.４ 目標檢測定理的證明………………………………………………… ３２５ １２.５ 目標檢測定理的逆定理……………………………………………… ３２８ 第１３ 章 聯(lián)合目標檢測與參數(shù)估計 …………………………………………… ３３１ １３.１ 聯(lián)合目標檢測與參數(shù)估計概述……………………………………… ３３１ １３.２ 感知信息……………………………………………………………… ３３２ １３.３ 感知信息的計算……………………………………………………… ３３３ １３.３.１ 一般復高斯散射目標感知信息的計算 …………………… ３３３ １３.３.２ 單個復高斯散射目標感知信息的計算 …………………… ３３４ １３.３.３ 恒模散射目標感知信息的計算 …………………………… ３３４ １３.４ 感知熵誤差和感知熵偏差…………………………………………… ３３４ １３.５ 抽樣后驗感知………………………………………………………… ３３５ ⅩⅨ �。保�.６ 聯(lián)合目標檢測－參數(shù)估計定理 ……………………………………… ３３７ １３.６.１ 聯(lián)合目標檢測－參數(shù)估計定理的直觀解釋………………… ３３７ １３.６.２ 聯(lián)合典型序列 ……………………………………………… ３３８ １３.６.３ 聯(lián)合目標檢測－參數(shù)估計定理的證明……………………… ３４２ １３.７ 級聯(lián)目標檢測－參數(shù)估計定理 ……………………………………… ３４７ 第１４ 章 非合作目標檢測的信息理論 ………………………………………… ３５２ １４.１ 非合作目標檢測概述………………………………………………… ３５２ １４.２ 非合作目標檢測系統(tǒng)模型…………………………………………… ３５３ １４.３ 檢測信息……………………………………………………………… ３５３ １４.４ 檢測信息的計算……………………………………………………… ３５４ １４.５ 虛警概率和檢測概率………………………………………………… ３５５ １４.６ 非合作目標感知的 ＮＰ 檢測器 ……………………………………… ３５６ １４.７ 非合作目標感知的 ＭＡＰ 檢測器 …………………………………… ３５８ １４.８ 數(shù)值仿真結果………………………………………………………… ３６０ １４.８.１ 虛警概率和檢測概率與信噪比的關系 …………………… ３６０ １４.８.２ 檢測信息與先驗概率的關系 ……………………………… ３６０ １４.８.３ 檢測信息與信噪比的關系 ………………………………… ３６１ １４.８.４ 接收機工作特性比較 ……………………………………… ３６１ 第１５ 章 信息融合 ……………………………………………………………… ３６４ １５.１ 信息融合技術現(xiàn)狀…………………………………………………… ３６４ １５.２ 系統(tǒng)模型……………………………………………………………… ３６５ １５.３ 數(shù)據(jù)融合……………………………………………………………… ３６６ １５.４ 概率融合……………………………………………………………… ３６８ １５.５ 參數(shù)融合……………………………………………………………… ３６９ １５.６ 判決融合……………………………………………………………… ３７０ １５.７ 仿真結果……………………………………………………………… ３７０ 參考文獻…………………………………………………………………………… ３７４
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