第零章-信号检测估计..ppt

信号检测与估计DetectionandEstimationTheoryofSignal 主讲 刘颖Prof LiuYing 第0章前言第一章基础知识第二章随机信号分析第三章信号检测的基本理论第四章确知信号的检测第五章随机参量信号的检测第六章估计的基本理论 参数估计第七章信号波形估计第八章功率谱估计 教学内容 信号检测理论 信号估计理论 事例 飞船与地面之间的信息传递微弱的地震波信号检测微弱信号检测 140dBm信号检测 GPS定位智能天线DOA估计 问题 如此遥远的太空 电波信号的能量已经衰减到了极其微弱的程度 怎样才能保证可靠的通信 精密的测量与正确的控制 解决问题的基本理论 检测与估计理论 第0章前言Preface 微弱信号检测与估计 weaksignaldetectionandEstimation 微弱信号检测与估计在某种意义上说 就是一种专门与噪声作斗争的技术和理论 是检测 测量 技术中的综合技术且多用于尖端领域 由于它能测量传统观念认为不能测到的微弱量 而且这些微弱量内可能含有巨大的信息量 因此 该领域能获得迅速的发展和普遍的重视 本课程的信号检测与估计指的就是微弱信号检测与估计 发展 信号的检测与估计理论是在第二次世界大战期间 既20世纪40年代 由于战争对雷达与声纳技术的需求而逐步形成与发展起来 目前已经成为现代信息理论的一个重要的组成部分 发展历史 主要数学工具 概率论 随机过程 数理统计 矩阵论 主要应用 1 是通信 雷达 声纳 自动控制技术理论基础 2 模式识别 射电天文学 遥感遥测 资源探测 天气预报 精神物理学 生物物理学 系统辩识 医学等 检测与估计理论组成 检测理论估计理论参量估计波形估计 即Weina Kalman滤波理论 已经成为一门独立的学科 理论组成 基本概念 检测概念 就是根据有限的观测 最佳 区分一个物理系统不同状态的理论 参量估计概念 就是根据有限的观测 最佳 找出一个物理系统不同参数的理论 噪声 是指与有用信号无关的一些破坏性因素 如通信中的各种工业噪声 交流声 脉冲噪声 银河系噪声 大气噪声 太阳噪声 元气件内部产生的热噪声等 干扰 是指与有用信号有关的一些破坏性因素 如通信中的符号间干扰 共信道干扰 邻近信号干扰 各种人为的故意干扰 如军事的瞄准干扰 等 参量检测 估计 分类 噪声与干扰可以用一个随机过程来描述 由于随机过程类型的不同 检测与估计的类型也就有相应的不同 分类 参量检测 估计 非参量检测 估计 定义1 参量检测 估计 当噪声或干扰过程可以用有限个实参量所描述时 在这样的噪声或干扰环境中的检测 或估计 就是参数检测 或估计 例如 当噪声或干扰是一个已知功率谱密度的平稳高斯过程时的检测 估计 问题就属于参量检测 估计 问题 因为高斯随机过程完全可以由一组有限数量的参数所描述 定义2 非参量检测 估计 当噪声或干扰的真正分布形式未知时 一组有限数量的参数就不足以确定它们 在这样的噪声或干扰环境中的检测 或估计 就是非参数检测 或估计 说明 1 参量检测 估计 又称为最佳检测 估计 它是以噪声或干扰的统计特性完全确定为基础的 检测 估计 者可以根据所选定的最佳准则来设计检测 估计 器 2 在很多实际场合 噪声和干扰的统计特性不是完全已知的 有时其统计特性还会随着时间 空间或频率的变化而变化 无法使用一些一成不变的统计特性去描述他们 参量检测 估计 分类 检测分类 针对信号的类型 检测问题可以分为三种 检测分类 确知信号的检测具有未知参量信号的检测随机信号的检测 固定观测样本值方式非固定观测样本值方式 检测理论体系Detectiontheoryhierarchy 检测分类 Level1 KnownsignalinnoiseDetectiontheory Synchronousdigitalcommunication 2 Patternrecognitionproblems 说明 确知信号的检测 这是最基本 最简单的情况 例如在同步或相干数字通信系统中 被检测的信号的类型 波形 频率 相位乃至起始和终了时间完全确知 人们只是不知道被噪声所淹没的信号到底是哪一个 另外模式识别中的某些问题也属于这种类型 检测分类 Level2 SignalwithunknownparametersinnoiseDetectiontheory Conventionalpulsedradarorsonar 2 Targetclassification 3 Digitalcommunicationsystemswithoutphasereference 4 Digitalcommunicationoverslowlyfadingchannel 说明 具有未知参量信号的检测 这种检测问题比第一种稍微复杂一点 未知参量本身可以分为随机参量和非随机参量两种 例如在非相干数字通信系统中接收信号的相位就是未知的 又如在雷达及声纳系统中接收信号的相位 频率甚至是到达时间都是未知的 检测分类 Level3 RandomsignalinnoiseDetectiontheory Digitalcommunicationoverscatterlink 2 Passivesonar 3 Seismicdetectionsystem 4 Radioastronomy detectionofnoisesources 说明 随机信号的检测 这类检测问题解决起来相对最困难 例如随机时变信道中数字通信系统中的信号检测问题 使用地震波找矿 无源雷达或声纳中的检测问题等等 随机信号的检测方式是针对观测值的处理方式而言 可以分为固定观测样本值方式和非固定观测样本值方式 估计分类 估计理论体系Estimationtheoryhierarchy Level1 KnownsignalinnoiseEstimationtheory PAM PFMandPPMcommunicationsystemswithphasesynchronization 2 Inaccuraciesininertialsystems e g driftanglemeasurement Level2 SignalwithunknownparametersinnoiseEstimationtheory Range velocity oranglemeasurementinradar sonarproblem 2 Discretetime continuousamplitudecommunicationsystem withunknownamplitudeorphaseinchannel 估计分类 Level3 RandomsignalinnoiseEstimationtheory Powerspectrumparameterestimation 2 Rangeor