信号检测估计第0章.ppt
信号检测与估计Detection and Estimation Theory of Signal,主讲:刘颖Prof.Liu YingEmail:,研究生课程,1景占荣，羊彦编著,信号检测与估计.化学工业出版社 20042赵树杰 赵建勋 编著 信号检测与估计理论 清华大学出版社 20053Harry L.Van Trees,Detection,Estimation and Modulation Theory,科学工业出版社 20034李道本著，信号的统计检测与估计理论.科学出版社 2004.9（第二版）,参考教材,出勤：20分作业：20分论文：20分考试：40分,考核方法,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(weak signal detection and Estimation)：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 Detection theory hierarchy,检测分类,Level 1:Known signal in noiseDetection theory:Synchronous digital communication(2)Pattern recognition problems,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,Level 2:Signal with unknown parameters in noiseDetection theory:Conventional pulsed radar or sonar(2)Target classification(3)Digital communication systems without phase reference(4)Digital communication over slowly fading channel,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,Level 3:Random signal in noiseDetection theory:Digital communication over scatter link(2)Passive sonar(3)Seismic detection system(4)Radio astronomy(detection of noise sources),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 Estimation theory hierarchy,Level 1:Known signal in noiseEstimation theory:PAM,PFM and PPM communication systems with phase synchronization(2)Inaccuracies in inertial systems(e.g.drift angle measurement),Level 2:Signal with unknown parameters in noiseEstimation theory:Range,velocity,or angle measurement in radar/sonar problem(2)Discrete time,continuous amplitude communication system(with unknown amplitude or phase in channel),估计分类,Level 3:Random signal in noiseEstimation theory:Power spectrum parameter estimation(2)Range or Doppler spread target parameters in radar/sonar problem(3)Velocity measurement in radio astronomy(4)Target parameter estimation,passive sonar(5)Ground mapping radars,
