信号检测估计 第0章
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估计分类
Level 3: Random signal in noise Estimation theory: (1) 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
主讲:刘颖
信号检测理论
信号估计理论
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主讲:刘颖
第0章 前言 Preface
事例： 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 问题： 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 解决问题的基本理论
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理论组成
检测与估计理论组成： 检测与估计理论组成： 检测理论 估计理论
主讲:刘颖
参量估计 波形估计： 波形估计：即Weina、Kalman滤 波理论，已经成为 一门独立的学科。
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基本概念
主讲:刘颖
检测概念： 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： 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： 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： 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。
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发展历史
主讲:刘颖
发展： 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。 主要数学工具： 主要数学工具：概率论、随机过程、数理统计、矩阵论。 主要应用： ） 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。
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检测分类
主讲:刘颖
Level 2: Signal with unknown parameters in noise Detection theory: (1) Conventional pulsed radar or sonar (2) Target classification (3) Digital communication systems without phase reference (4) Digital communication over slowly fading channel 说明： 说明： 具有未知参量信号的检测： 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。 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， 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、 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。 时间都是未知的。
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估计分类
主讲:刘颖
估计理论体系 Estimation theory hierarchy Level 1: Known signal in noise Estimation theory: (1) 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 noise Estimation theory: (1) Range, velocity, or angle measurement in radar/sonar problem (2) Discrete time, continuous amplitude communication system (with unknown amplitude or phase in channel)
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检测分类
检测理论体系 Detection theory hierarchy 针对信号的类型，检测问题可以分为三种。 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
主讲:刘颖
具有未知参量信号的检测 固定观测样本值方式 随机信号的检测 非固定观测样本值方式
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检测分类
Level 1: Known signal in noise Detection theory: (1) Synchronous digital communication (2) Pattern recognition problems 说明： 说明：
主讲:刘颖
确知信号的检测：这是最基本、最简单的情况， 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、 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 乃至起始和终了时间完全确知， 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。 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。 属于这种类型。
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主讲:刘颖
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。
主讲:刘颖
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参量检测（估计） 非参量检测（估计）
参量检测（估计）分类
定义2 定义2：
主讲:刘颖
非参量检测（估计） 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。
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考核方法
• 出勤：20分 出勤： 分 • 作业：20分 作业： 分 • 论文：20分 论文： 分 • 考试：40分 考试： 分
主讲:刘颖
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教学内容
• 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
研究生课程
主讲:刘颖
信号检测与估计
Detection and Estimation Theory of Signal
主讲:刘颖 Prof. Liu Ying Email: liuying@bjtu.edu.cn
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参考教材
主讲:刘颖
[1]景占荣，羊彦编著,信号检测与估计. [1]景占荣，羊彦编著,信号检测与估计. 化学工业出版社 景占荣 2004 [2]赵树杰 [2]赵树杰 赵建勋 编著 信号检测与估计理论 清华大学出 版社 2005 [3]Harry L.Van Trees, Detection ,Estimation and Modulation Theory, 科学工业出版社 2003 [4]李道本著，信号的统计检测与估计理论. 科学出版社 [4]李道本著，信号的统计检测与估计理论. 李道本著 2004.9（第二版） 2004.9（第二版）
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参量检测（估计）分类
主讲:刘颖
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 定义1： 定义1 参量检测（估计） 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 例如 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。
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检测分类
主讲:刘颖
Level 3: Random signal in noise Detection theory: (1) Digital communication over scatter link (2) Passive sonar (3) Seismic detection system (4) Radio astronomy (detection of noise sources) 说明： 说明： 随机信号的检测：这类检测问题解决起来相对最困难。 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， 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。 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， 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 固定观测样本值方式。 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
Level 3: Random signal in noise Estimation theory: (1) 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
主讲:刘颖
信号检测理论
信号估计理论
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主讲:刘颖
第0章 前言 Preface
事例： 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 问题： 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 解决问题的基本理论
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理论组成
检测与估计理论组成： 检测与估计理论组成： 检测理论 估计理论
主讲:刘颖
参量估计 波形估计： 波形估计：即Weina、Kalman滤 波理论，已经成为 一门独立的学科。
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基本概念
主讲:刘颖
检测概念： 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： 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： 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： 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。
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发展历史
主讲:刘颖
发展： 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。 主要数学工具： 主要数学工具：概率论、随机过程、数理统计、矩阵论。 主要应用： ） 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。
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检测分类
主讲:刘颖
Level 2: Signal with unknown parameters in noise Detection theory: (1) Conventional pulsed radar or sonar (2) Target classification (3) Digital communication systems without phase reference (4) Digital communication over slowly fading channel 说明： 说明： 具有未知参量信号的检测： 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。 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， 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、 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。 时间都是未知的。
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估计分类
主讲:刘颖
估计理论体系 Estimation theory hierarchy Level 1: Known signal in noise Estimation theory: (1) 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 noise Estimation theory: (1) Range, velocity, or angle measurement in radar/sonar problem (2) Discrete time, continuous amplitude communication system (with unknown amplitude or phase in channel)
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检测分类
检测理论体系 Detection theory hierarchy 针对信号的类型，检测问题可以分为三种。 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
主讲:刘颖
具有未知参量信号的检测 固定观测样本值方式 随机信号的检测 非固定观测样本值方式
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检测分类
Level 1: Known signal in noise Detection theory: (1) Synchronous digital communication (2) Pattern recognition problems 说明： 说明：
主讲:刘颖
确知信号的检测：这是最基本、最简单的情况， 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、 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 乃至起始和终了时间完全确知， 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。 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。 属于这种类型。
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主讲:刘颖
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。
主讲:刘颖
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参量检测（估计） 非参量检测（估计）
参量检测（估计）分类
定义2 定义2：
主讲:刘颖
非参量检测（估计） 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。
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考核方法
• 出勤：20分 出勤： 分 • 作业：20分 作业： 分 • 论文：20分 论文： 分 • 考试：40分 考试： 分
主讲:刘颖
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教学内容
• 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
研究生课程
主讲:刘颖
信号检测与估计
Detection and Estimation Theory of Signal
主讲:刘颖 Prof. Liu Ying Email: liuying@bjtu.edu.cn
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参考教材
主讲:刘颖
[1]景占荣，羊彦编著,信号检测与估计. [1]景占荣，羊彦编著,信号检测与估计. 化学工业出版社 景占荣 2004 [2]赵树杰 [2]赵树杰 赵建勋 编著 信号检测与估计理论 清华大学出 版社 2005 [3]Harry L.Van Trees, Detection ,Estimation and Modulation Theory, 科学工业出版社 2003 [4]李道本著，信号的统计检测与估计理论. 科学出版社 [4]李道本著，信号的统计检测与估计理论. 李道本著 2004.9（第二版） 2004.9（第二版）
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参量检测（估计）分类
主讲:刘颖
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 定义1： 定义1 参量检测（估计） 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 例如 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。
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检测分类
主讲:刘颖
Level 3: Random signal in noise Detection theory: (1) Digital communication over scatter link (2) Passive sonar (3) Seismic detection system (4) Radio astronomy (detection of noise sources) 说明： 说明： 随机信号的检测：这类检测问题解决起来相对最困难。 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， 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。 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， 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 固定观测样本值方式。 可以分为固定观测样本值方式和非固定观测样本值方式。