信号检测与估计 第五章 答案

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随机信号与系统第五章习题部分答案

随机信号与系统第五章习题部分答案

第五章 习题5-1 设某信号为1000||()t x t e -=(1)试求x (t )的傅里叶变换X (j ω),并绘制X (j ω)曲线;(2)假设分别以采样频率为f s =5000Hz 和f s =1000Hz 对该信号进行采样,得到一组采样序列x k ,说明采样频率对序列x k 频率特性X (e j Ω)的影响。

解:(1)1000||622000()()10j t t j t X j x t e dt e e dt ωωωω∞∞----∞-∞===+⎰⎰. X (j ω)的曲线如下图所示:(2)设采样周期为T ,则采样输出为()()()()k k k x x t t kT x kT t kT δδ∞∞=-∞=-∞=-=-∑∑.由时域相乘等于频域卷积,有1122()()*[()]()*[()]22j k k X e X j t kT X j kT Tππδδππ∞∞Ω=-∞=-∞=Ω-=ΩΩ-∑∑F 121212()()()2k k X j k d X j jk T T T T Tπππωδωωπ∞∞∞-∞=-∞=-∞=⋅=Ω--=Ω-∑∑⎰. 即序列x k 频率特性X (e j Ω)是原信号频谱X (j ω)以2Tπ为周期进行延拓而成的,而采样频率1122s f T Tππ==⋅,所以采样频率越高,序列x k 频率特性的各周期越分散,越不容易发生频谱混叠。

5-2 假设平稳随机过程x (t )和y (t )满足下列离散差分方程11;k k k k k k k x ax e y ay x v ---=-=+式中,|a|<1;e k ,v k ~N (0,σ 2)分布,且二者互不相关。

试求随机序列y k 的功率谱。

解:对1k k k x ax e --=进行离散时间傅里叶变换(DTFT ),且记DTFT(x k )=X (e j Ω),DTFT(e k )=E (e j Ω),则有j j j ()(1)()X e ae E e ΩΩΩ--=式中,Ω=ωT s ,称为数字频率(rad ),ω为实际频率(rad/s ),T s 为采样周期(s )。

信号与系统课后题解第五章

信号与系统课后题解第五章
−2 −2
1 2 5 = 4
271
联立以上两式可解得: A1 = 2 , A2 = −3 则系统的零输入响应为
y zi [n ] = 2(− 1) − 3(− 2)
n
n
5.4 设有离散系统的差分方程为 y[n] + 4 y[n − 1] + 3 y[n − 2] = 4 f [n] + f [n − 1] ,试画出其时域模拟 图。 【知识点窍】主要考察由系统的差分方程画出系统的直接模拟图,掌握直接模拟图的意义。 【逻辑推理】将差分方程各个环节分别用加法器及延时器来表示。 解:时域模拟图如图 5.1
联立以上两式可解得: A1 = 1 , A2 = 2 于是齐次解为
275
y h [n] = (− 3) + 2 n+1
n
5.10
如有齐次差分方程为 y[n] + 4 y[n − 1] + 4 y[n − 2] = 0 , 已知 y[0] = y[1] = −2 , 试求其齐次解。 【知识点窍】主要考察系统的齐次解的概念及其求解方法。 【逻辑推理】首先通过差分方程得特征方程,由特征方程求得特征根,代入条件即可求得齐次
273
②将序列 f 2 [− i ] 沿正 n 轴平移 n 个单位,成为 f 2 [n − i ] ; ③求乘积 f 1 [i ] f 2 [n − i ] ; ④按式 f 1 [n] ∗ f 2 [n ] = 2)阵列表法 3)解析法:利用卷积和定义求解。 解: f [n] ∗ h[n] = 上式是公比为
(
)
λ2 + λ − 6 = 0
其特征根 λ1 = −3, λ2 = 2 。其齐次解为
y h [n] = A1 (− 3) + A2 (2 )

第五章信号检测与估计清华

第五章信号检测与估计清华

根据最小均方误差估计准则,估计量为
mse p x d

由题设,可知,给定 随机变量

条件下,观测信号xk是均值为 ,方差为

2 的高斯 n
p
2 exp 2 2 2 2 1
xk 2 pxk exp 2 2 2 n 2 n 1 px pxk
本章的核心问题之一就是研究上述函数的构造方法,评估所构造估计量的优劣。
国家重点实验室
5.1 引言
ˆ E θ x
3. 估计量性能的评估
估计量的均值

估计量的均方误差 ~ ˆ θ x θ θ x
2 ~ ˆ E θ 2 x E θ θx
国家重点实验室
5.2 随机参量的贝叶斯估计
4. 最大后验估计
根据上述分析,得到最大后验概率估计量为
p x
ˆ map
0
两种等价形式
ln p x
ˆ map
0
ln px ln p 0 ˆ map
2xk 2 2 2 2 n 2 k 1
N
所以最大后验估计量为满足以下方程的解
2xk 2 2 2 2 2 k 1 n
N
0
ˆ map
N 1 0 2 2 2 k 1 n n ˆ map
3. 最小均方误差估计



2 ˆ ˆ 2 2 p x d ˆ 2




ˆ p x d p x d 2

信号检测与估计试题及答案

信号检测与估计试题及答案
P( x) 1 2 1 exp ln x , x 0 , X1 , X 2 ,..., X N 是 X 的 N 个样本值。 2 2
(1). 若 为常数,求 的最大似然估计。
ˆ 1 N ln xiБайду номын сангаасN i 1
(2). 判断 的最大似然估计是否是有效估计? 因为
ˆ HX B ,其中 H C M N , B C M 1
(1). 用最小均方误差准则确定矩阵 H , B 。 (用 , x 的一阶和二阶统计量表 示。 )
H cov( , x ) cov1 ( x , x ) B E ( ) cov( , x ) cov 1 ( x , x ) E ( x)
2 ) ,做 H1 判决,反之做 H 0 判决。 ln 2 3
2
4. 求解下列问题 (1). 什么是序贯检测?
A1 , D1 ( x) A0 , D0 other , more obervation
(2). 对二元检测 P D1 H 0 , P D0 H1 若,推导瓦尔特序贯检测的门
1 (2). 若是线性调频信号, 即 s1 (t ) A1 cos(1t t 2 ) 0 t T , 2 / 1 T , 2
是常数,再求 Pe 结果相同。
3. 设有两种假设分别为:
H 0 : P0 ( x)
x2 1 exp 2 2 2 1 x A, A 0 H1 : P 1 ( x) 2 A 0 x >A
(2). ˆ 是否无偏
是无偏估计。
7. 求解下列问题。 (1). 什么是卡尔曼滤波,写出卡尔曼滤波的状态方程,观测方程和滤波方程

信号检测与估计理论 第五章 统计估计理论 ppt课件

信号检测与估计理论 第五章 统计估计理论  ppt课件

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7
5.1.2 数学模型和估计量构造
1




2


M

p(x )
x1
x


x2


xN
ˆ x g x g x1, x2,...xN
四个组成部分:参量空间、概率映射、观测空间和估计准则。 概率映射函数 p(x ) ,完整地描述了含有被估计矢量信息时观测 矢量的统计特性。
p( x
|

)


1
2
2 n
N

2
exp

N k 1
(xk
2
2 n
)2

ˆcon1 ˆmse
p( | x) p( x | ) p( ) p( x)
贝叶斯公式

1 1
p(
x)

2
2 n
N

2
1

2
2 θ
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22
5.2.2 贝叶斯估计量的构造
2、条件中值估计(条件中值,代价函数参见图(b))

C x 0

称为条件中值估计,或条件中位数估计
(Conditional Median Estimation),
估计量 med 是
P
1 2
的点。
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23
5.2.2 贝叶斯估计量的构造
ln p(x | )
0

ˆml
对比(5.2.19)式,
相当于最大似然估计用于估计没有任何先验知识的随机参量 , 假定 为均匀分布,上式第二项为零,最大后验概率估计转化

信号检测与估计填空题集

信号检测与估计填空题集

一、填空题说明填空题(每空1分,共10分)或(每空2分,共20分)二、第1章填空题1.从系统的角度看,信号检测与估计的研究对象是 加性噪声情况信息传输系统中的接收设备 。

从信号的角度看,信号检测与估计的研究对象是 随机信号或随机过程 。

2.信号检测与估计的基本任务:以数理统计为工具,解决接收端信号与数据处理中 信息恢复与获取 问题。

3.信号检测与估计的基本任务:以数理统计为工具,从被噪声及其他干扰污染的信号中 提取、恢复 所需的信息。

4.信号检测是在噪声环境中,判断 信号是否存在或哪种信号存在 。

信号检测分为 参量检测和 非参量检测 。

参量检测是以 信道噪声概率密度已知 为前提的信号检测。

非参量检测是在 信道噪声概率密度为未知 情况下的信号检测。

5.信号估计是在噪声环境中,对 信号的参量或波形 进行估计。

信号估计分为 信号参量估计和 信号波形估计 。

信号参量估计是对 信号所包含的参量(或信息) 进行的估计。

信号波形估计是对 信号波形 进行的估计。

6.信号检测与估计的数学基础:数理统计中贝叶斯统计的 贝叶斯统计决策理论和方法 。

三、第2章填空题1.匹配滤波器是在输入为 确定信号加平稳噪声 的情况下,使 输出信噪比达到最大 的线性系统。

2.匹配滤波的目的是从含有噪声的接收信号中,尽可能 抑制噪声,提高信噪比 。

3.匹配滤波器的作用:一是使滤波器 输出有用信号成分尽可能强 ;二是 抑制噪声,使滤波器输出噪声成分尽可能小 。

4.匹配滤波器的传输函数与输入 确定信号频谱的复共轭 成正比,与输入 平稳噪声的功率谱密度 成反比。

3.匹配滤波器传输函数的幅频特性与输入 确定信号的幅频特性成 正比,与输入 平稳噪声的功率谱密度 成反比。

4.物理不可实现滤波器也称作非因果滤波器:是指 物理上不可能实现或不满足因果规律 的滤波器。

5.物理不可实现匹配滤波器的冲激响应)(t h 满足: 0)(≠t h , ∞<<∞-t 。

北理工信号与系统第五章作业参考答案

北理工信号与系统第五章作业参考答案

5.3 已知x(t)=sin(4πt)/πt,当对x(t) 抽样时,求能 恢复原信号的最大抽样间隔 解:F{x(t)}=F{4sinc(ωct)}=(4π/ωc)G2ωc(ω), ωc=4π, 可知信号带宽为 Bw=ωc=4π rad/s
则,最大抽样间隔为 Ts=2π/(2Bw)=0.25(s).
e jk 2 / N e jk 2 / N e j 3k 2 / N e j 3k 2 / N ~ jk0 X (e ) Nck N 2 2 j
由0 2 N / 4
e jk0 e jk0 e j 3k0 e j 3k0 ~ jk0 X (e ) N 2 2 j
1 e e
1 n j ( )( N 1) / 2 3 4
e
1 n j ( )( N 1) / 2 3 4
e e
1 n j ( )( N 1) / 2 3 4 1 n j ( ) / 2 3 4
e
1 n j ( ) / 2 3 4
e
1 n j ( ) / 2 3 4
x[n]=x0[n-2] Re{X(ejΩ)}e-j2Ω,

所以 argX(ejΩ)=-2Ω;
(c)
X (e


j
)d X (e j )e jn |n 0 d 2x[0]

4
(d)
X (e )
j
n


x[n]e
jn

n
n ( 1 ) x[n]
P211.
5.2 已知x(t)为一个有限带宽信号,其频带宽度为BHz, 试求x(2t)和x(t/3)的奈奎斯特抽样率和抽样间隔。 解:(1) x(2t)在时域压缩2倍,对应的周期减半,频域 将扩大两倍,带宽成为2BHz,所以 奈奎斯特抽样率fs=4 BHz 奈奎斯特抽样间隔Ts=1/fs=1/(4B)s (2) x(t/3)在时域扩展3倍,对应的周期扩大3倍,频域缩 沟通小3倍,信号带宽成为B/3 Hz,所以 奈奎斯特抽样率fs=2B/3 Hz 奈奎斯特抽样间隔Ts=1/fs=3/(2B)s

答案-检测与估计习题

答案-检测与估计习题



0
1 3 2 y 1 dy dy 4
0.54793
第四章习题解答
附:求解过程
题4.3


0
3 2 y 1 dy 4
3
dy
1
此等式转化为三次方方程
7 4 0
两个根为虚数,舍去,我们定义三次方方程模型为
a b 0
D1 D0
1 1 33 2 1 1 y 1 dy dy 2 0 4 2 1 3 0.4519
第四章习题解答
题4.3
(b)根据Байду номын сангаас大极小准则,需要找到一个门 限 ,使得两种条件代价相等,即

P 00C00 P 10C10 P 01C01 P 11C11
由题得: 解得:
( C C ) 0.3(1 0) 0 10 00 (a)Bayesian: B 0.214 1 (C01 C11 ) 0.7(2 0)
(b)MAP:
0 0.3 MAP 0.429 1 0.7
第四章习题解答
(c)MinMax:
题4.11
贝叶斯检测器为:
L y
判决区域为:
1 2 3 y 1 H0
4
H1
D : 0 y 1/ 3 D :1/
1
0
3 y 1

第四章习题解答 题4.3
最小贝叶斯风险:
r P00C00 P 10C10 0 P 01C01 P 11C11 1 0C10 p y H 0 dy 1C01 p y H1 dy
Pf

信号检测与估计理论

信号检测与估计理论
x~N (μx,Cx),互不相关等 计价 独 , 独 于 立 立 相同 互分 统布 概率密度函数 。
第2章 信号检测与估计理论的基础知识 内容提要
三. 离散随机信号的函数
1.一维雅可比特变别换是, 简单线性 的函 变数 。 换时 2. N维雅可比变换。
四. 连续随机信号
1任 .tk 时 意刻采 x (tk) 样 (x k ; tk)所 k ( 1 ,2 , 得 ,N )的 样 概 本 率 函数描述。
平均似然 广 比 义 检 似 验 然 ,比-检 皮验 尔和 逊奈 检曼 验的基
和方法。
第3章 信号状态的统计检测理论 例题解答
例3.1 设二元信号检测的模信型号为
H 0: x1n H1: x2n
其中 观,测n噪 服声 从对称三 如3 角 图 .1(a)分 所布 。 示,
若似然 1 ,求 比最 检 图 佳 测 示 判 门 计 判 P ( 决 H 限 算 1|H 0 决 )。 式域
也相互统计独立。
七. 信号模型及统计特性
确知信号 (未和 )知 参随 量机 ; 信 随号 机参量信性 号描 的述 统
第2章 信号检测与估计理论的基础知识 例题解答
例 2.1设离散x随 服机 从信 对号 称 其 三 概 角 率 分 密 布 度 , 函
p(x)
11|x| a a2
axa (a0)
0
其他
第3章 信号状态的统计检测理论 内容提要
一.信号状态统计检测 的理 基论 本概念
信号状态观 的测 假信 设号 , 的数 概合 ,率理 密判 判 度决 决 函,结果 与判决概最 率佳 , 判决的概 。念
二.二元信号状态统计 的检 三测 个准则
贝叶斯最 检小 测平 准均 则准 错 , 奈 则 误 曼 , 皮 概尔 率逊 检 测准则的概 检 念 验 、 判 似 决 然 为 式 比 最 、简 化判 简决 能 式

《信号检测与估计》第五章习题解答

《信号检测与估计》第五章习题解答

《信号检测与估计》第五章习题解答5.1 考虑检测问题:()()()T t t n t B t x H ≤≤++=0cos 20φω:()()()T t t n t B t A t x H ≤≤+++=0cos cos 211φωω:其中A 、B 、1ω和2ω为已知常数。

()t n 是高斯白噪声,φ在()π20,上服从均匀分布。

(a )求判决公式及最佳接收机结构形式。

(b )如果0sin cos cos cos 021021==∫∫T T tdt t tdt t ωωωω,证明最佳接收机可用()∫Tdt t t x 01cos ω作为检测统计量并对此加以讨论。

解:设()t n 为均值为零、功率谱密度为2/0N 的高斯白噪声,可得()()()()∫+−−=T dt t B t x N FeH x f 0220cos 10,φωφ ()()()()∫+−−−=T dt t B t A t x N FeH x f 02210cos cos 11,φωωφ得到()()()()()()()()dt t t N AB dt t N A dt t t x N A dt t B t A t x t N A T T T T ee e e H xf H x f x l φωωωωφωωωφφφ+−+−−−∫∫∫∫===20100120201021010cos cos 2cos cos 2cos 2cos 2cos 01,, 由于φ在()π20,上服从均匀分布,得到()⎪⎩⎪⎨⎧≤≤=其他02021πφπφf()()()()()φπφφφπφωωωωπd e e e d f x l x l dt t t N AB dt t N A dt t t x N A T T T ∫∫+−∫∫∫==20cos cos 2cos cos 22020100120201021根据Bayes 准则可得()010l x l H H >< ()()020cos cos 2cos cos 21020100120201021l d e e e H H dt t t N AB dt t N A dt t t x N A T T T ><+−∫∫∫∫φππφωωωω ()()dt t t x N A l d e dt t N A T H H dt t t N AB T T ∫−+∫><+∫∫010020cos cos 201202cos 22ln ln cos 102010ωπφωπφωω ()()dt t t x l A N d e A N dt t A T H H dt t t N AB T T ∫−+∫><+∫∫010020cos cos 20012cos 2ln 2ln 2cos 2102010ωπφωπφωω 5.2 假定上题中i A 的概率密度函数是()()()2022201A A i i i i e A A p A p A f −+−=δ求似然比及其在0A 趋于零时的形式。

信号检测与估计

信号检测与估计

电子科技大学:何子述、孔令讲第五章波形估计电子科技大学:何子述、孔令讲5、1 引言本章习题:1、2、8参数估计:12{,,,}M αααα= 不随时间变化。

波形估计:随时间变化的信号s(t),对s(t)进行估计。

等效于对时变参量的估计。

可用参量化估计:贝叶斯估计、MAP 、ML 等,前提:须知概率分布。

电子科技大学:何子述、孔令讲0()()()()y t x t g t s t t =∗⎯⎯⎯→+逼近()()()x t s t n t =+实际中常用线性估计。

选择g(t),使y(t)在某种意义下逼近s(t+t 0)。

常用最小均方误差MMSE 准则。

2:()()()[()]m inlet e t s t s t E e t =−→ 使电子科技大学:何子述、孔令讲估计量为s(t+t 0),根据不同的应用要求,t 0取值不同。

(1)若t 0=0,即估计当前时刻值,s(t),称为滤波(Filtering)(2)若t 0>0,即估计未来时刻值,s(t+t 0),称为预测(Prediction);如:拦截导弹。

(3)若t 0<0,估计过去s(t+t 0),称为平滑(Smoothing);电子科技大学:何子述、孔令讲5、2 维纳(Wiener )滤波理论1、Wiener滤波设期望信号:d(t)=s(t+t 0);接收信号:x(t)=s(t)+n(t);构造线性滤波器:冲激响应为g(t),输出为y(t)()()()()()y t g t x t g x t d τττ+∞−∞=∗=−∫目的:选择g(t),使y(t) d(t)电子科技大学:何子述、孔令讲5、2 维纳(Wiener )滤波理论∵n(t):随机过程→x(t),故y(t)是随机过程。

因此只能在统计意义下使y(t) →d(t):准则:误差的平均功率→min22[()][()()]minE e t E d t y t =−→电子科技大学:何子述、孔令讲0200()()()()[()]{[()()()][()()()]*}e t s t t g x t d E e t E s t t g x t d s t t g r x t r dr ττττττ+∞−∞+∞−∞+∞−∞=+−−∴=+−−×+−−∫∫∫∵若s(t)是实的,20[()](0)2()()()()()]s xs x E e t R g R t d g r g R r d dr ττττττ+∞−∞+∞+∞−∞−∞=−++−∫∫∫()[()*()]()[()*()]s xs R E s t s t R E x t s t ττττ=−=−(5-9)电子科技大学:何子述、孔令讲选择g(t),使2[()]minE e t →可用变分法得:0[()()()]0()xs x R t g u R u du d ηττττ+∞+∞−∞−∞−++−=∫∫()t η为扰动函数,要求为连续可导的任意函数2、g(t)的求解(1)g(t)为非因果信号,-∞<t<+∞,物理上不可实现。

信号检测及估计试题-答案(不完整版)

信号检测及估计试题-答案(不完整版)

信号检测及估计试题-答案(不完整版)一、概念:1. 匹配滤波器。

概念:所谓匹配滤波器是指输出判决时刻信噪比最大的最佳线性滤波器。

应用:在数字信号检测和雷达信号的检测中具有特别重要的意义。

在输出信噪比最大准则下设计一个线性滤波器是具有实际意义的。

2. 卡尔曼滤波工作原理及其基本公式(百度百科)首先,我们先要引入一个离散控制过程的系统。

该系统可用一个线性随机微分方程(Linear Stochastic Difference equation)来描述:X(k)=A X(k-1)+B U(k)+W(k)再加上系统的测量值:Z(k)=H X(k)+V(k)上两式子中,X(k)是k时刻的系统状态,U(k)是k时刻对系统的控制量。

A和B是系统参数,对于多模型系统,他们为矩阵。

Z(k)是k时刻的测量值,H是测量系统的参数,对于多测量系统,H为矩阵。

W(k)和V(k)分别表示过程和测量的噪声。

他们被假设成高斯白噪声(White Gaussian Noise),他们的covariance 分别是Q,R(这里我们假设他们不随系统状态变化而变化)。

对于满足上面的条件(线性随机微分系统,过程和测量都是高斯白噪声),卡尔曼滤波器是最优的信息处理器。

下面我们来用他们结合他们的covariances 来估算系统的最优化输出(类似上一节那个温度的例子)。

首先我们要利用系统的过程模型,来预测下一状态的系统。

假设现在的系统状态是k,根据系统的模型,可以基于系统的上一状态而预测出现在状态:X(k|k-1)=A X(k-1|k-1)+B U(k) (1)式(1)中,X(k|k-1)是利用上一状态预测的结果,X(k-1|k-1)是上一状态最优的结果,U(k)为现在状态的控制量,如果没有控制量,它可以为0。

到现在为止,我们的系统结果已经更新了,可是,对应于X(k|k-1)的covariance还没更新。

我们用P表示covariance:P(k|k-1)=A P(k-1|k-1) A’+Q (2)式(2)中,P(k|k-1)是X(k|k-1)对应的covariance,P(k-1|k-1)是X(k-1|k-1)对应的covariance,A’表示A的转置矩阵,Q是系统过程的covariance。

信号检测与估计简答题集

信号检测与估计简答题集

一、简答题注释简答题(每题5分,共20分)或(每题4分,共20分)二、第1章简答题1.从系统和信号的角度看,简述信号检测与估计的研究对象。

答:从系统的角度看,信号检测与估计的研究对象是加性噪声情况信息传输系统中的接收设备。

从信号的角度看,信号检测与估计的研究对象是随机信号或随机过程。

2.简述信号检测与估计的基本任务和所依赖的数学基础。

答:解决信息传输系统接收端信号与数据处理中信息恢复与获取问题,或从被噪声及其他干扰污染的信号中提取、恢复所需的信息。

信号检测与估计所依赖的数学基础是数理统计中贝叶斯统计的贝叶斯统计决策理论和方法。

3.概述信号在传输过程中与噪声混叠在一起的类型。

答:信号在传输过程中,噪声与信号混杂在一起的类型有3种:噪声与信号相加,噪声与信号相乘(衰落效应),噪声与信号卷积(多径效应)。

与信号相加的噪声称为加性噪声,与信号相乘的噪声称为乘性噪声,与信号卷积的噪声称为卷积噪声。

加性噪声是最常见的干扰类型,也是最基本的,因为乘性噪声和卷积噪声的情况均可转换为加性噪声的情况。

三、第2章简答题1.简述匹配滤波器概念及其作用。

答:匹配滤波器是在输入为确定信号加平稳噪声的情况下,使输出信噪比达到最大的线性系统。

匹配滤波器的作用:一是使滤波器输出有用信号成分尽可能强;二是抑制噪声,使滤波器输出噪声成分尽可能小,减小噪声对信号处理的影响。

2.根据匹配滤波器传输函数与输入确定信号及噪声的关系,简述匹配滤波器的原理。

答:匹配滤波器传输函数等于输入确定信号频谱的复共轭除以输入平稳噪声的功率谱密度,再附加相位项T ω-,其中T 为输入确定信号的持续时间或观测时间。

由于匹配滤波器传输函数的幅频特性与输入确定信号的幅频特性成正比,与输入噪声的功率谱密度成反比;对于某个频率点,信号越强,该频率点的加权系数越大,噪声越强,加权越小。

从而起到加强信号,抑制噪声的作用。

对于信号,匹配滤波器的相频特性与输入信号的相位谱互补,使输入信号经过匹配滤波器以后,相位谱将全部被补偿掉。

信号检测与估计理论 (复习题解)

信号检测与估计理论 (复习题解)

例题解答
其中, 观测噪声 n服从对称三角分布, 如图3.1(a )所示。 若似然比检测门限 1, 求最佳判决式, 图示判决域, 计算P( H1 | H 0 )。 解:信号模型如图 3.1(b)所示。
p ( n)
1/ 2
p( x | H 0 )
1/ 2
p( x | H1 ) R1
2
0
图3.1(a )
第2章 信号检测与估计理论的基础知识 内容提要
三. 离散随机信号的函数
1. 一维雅可比变换, 特别是简单线性函数时 的变换。 2. N维雅可比变换。
四. 连续随机信号
1. 任意tk时刻采样所得样本 x(tk ) ( xk;tk )(k 1,2,, N )的概率密度 函数描述。 2. 统计平均量:均值, 均方值, 方差, 自相关函数, 协方差函数及关系。 3.平稳性:分类, 定义;重点是广义平稳 随机信号 : x ,rx( )。 4. 连续随机信号的互不相 关性和相互统计独立性 及关系。 5. 平稳连续随机信号的功 率谱密度 :
信号检测与估计理论
内容提要 例题解答
第 1章
信号检测与估计概论
内容提要
信号的随机性及其统计 处理方法 。
第 1章

信号检测与估计概论
例题解答
第2章 信号检测与估计理论的基础知识 内容提要
一. 离散随机信号
1. 概率密度函数 p( x)及特性: 非负, 全域积分等于1, 落入[a,b]间的概率 。 2. 统计平均量:均值, 方差。 3. 高斯离散随机信号的概 率密度函数及特 点:x ~ N( x , x2 )。
a cos(t )d 0 2 信号的自相关函数rx (t j , tk ) Ea cos(t j )a cos(tk )

第五章 (3) 信号检测与估计

第五章 (3) 信号检测与估计

ˆ b
若对所有的 ,估计的偏矢量 b 的每一个分量都为零,则称为
无偏估计矢量。
非随机矢量情况
克拉美-罗界
如果ˆi 是被估计的M维非随机矢量 的第i个参量 i的任意无偏估计 量,则估计量的均方误差为
E
ˆi
2
2 ˆi
Var
ˆi
2 ˆi
,
i 1, 2,..., M
该估计量的均方误差满足
Mθˆ
ˆ
ˆ
T
克拉美-罗界
如果ˆ 是 的任意无偏估计矢量,利用柯西-施瓦兹不等式,估计
矢量的均方误差阵满足
Mˆ JT1
式中,信息矩阵 JT JD JP ,其元素分别为
2 ln p( x | )
J Dij
E
i j
, i, j 1, 2,..., M
2 ln p( )
随机矢量情况
如果被估计矢量 是M维随机矢量,则构造的估计矢量 ˆ是观
测矢量 x 的函数。x 和 的联合概率密度函数 p x,
无偏性
根据随机矢量估计无偏性的定义,如果满足:
E ˆ = E
就称 ˆ是 的无偏估计矢量。
估计量的误差矢量:
ˆ
1 2
ˆ1 ˆ2
M ˆM
估计量的均方误差阵
如果 p( | x) 最大值的解存在,则 ˆmap 可以由最大后验方程组解得,
该最大后验方程组为
ln p( | x)
0,
j
θ = θˆmap
M个方程组成的联立方程
j = 1,2,...,M
ln p( | x)
0
θ =θˆmap
其中
5.5.1非随机矢量的最大似然估计
如果被估计矢量 是非随机矢量,则应采用最大似然估计,求出 使似然函数 p(x | )为最大的 ,将它作为最大似然估计量 ˆml。 如果最大值的解存在,则ˆml 可以由最大似然方程组解得,该最大 似然程组为

2021年信号检测与估计各章作业参考答案(1~9章)

2021年信号检测与估计各章作业参考答案(1~9章)
习题1.考虑检测问题:
其中 是常数, 是 上均匀分布的随机参量; 是高斯白噪声。
(a)求判决公式及最正确接收机结构形式。
(b)如果 ,证明最正确接收机可用 作为检验统计量,并对此加以讨论。
解:〔a〕设 是均值为0、功率谱密度为 的正态白噪声,那么有
由于
所以
按照贝叶斯准那么
或者
两边取对数得到
最正确接
因此 的均值、二阶原点矩和方差分别为
9.假设随机过程 的自相关函数为 ,求 的功率谱密度。
解:自相关函数与功率谱密度函数是一对傅立叶变换对,所以有
利用欧拉公式,可得
11.平稳随机过程 具有如下功率谱密度
求 的相关函数 及平均功率 。
解:
而自相关函数 与功率谱密度 是一对傅立叶变换,
〔b〕不管是否有条件 ,
都可选 作为检验统计量。
当 时,由于
所以判决规那么为
第六章多重信号检测
思考题1:为何要进行多重信号的检测?
答:利用多重信号检测的优势是可以增加检测系统的信噪比,从而增强系统的检测性能。
思考题3:何谓随机相位相干脉冲串信号和随机相位非相干脉冲串信号?
答:通常把多个脉冲信号组成的一串信号称为脉冲串信号,各个脉冲叫做子脉冲,整个信号叫做脉冲串信号。如果脉冲串信号的初相随机,但各个子脉冲信号的相位一致,那么称之为随机相位相干脉冲串信号。如果各子脉冲信号的相位都是随机变化的,且彼此独立变化,那么称之为随机相位非相干脉冲串信号。
〔1〕求 的最大似然估计。
〔2〕假设 的概率密度
求 的最大后验概率估计。
解:〔1〕由题意可写出似然函数
按最大似然估计方程 ,由此解得
〔2〕当 时,可按最大后验概率方程 求解,得到

信号分析与处理 杨西侠版 第5章习题答案

信号分析与处理 杨西侠版 第5章习题答案

5-1 用冲击响应不变法求相应的数字滤波器系统函数H(z)1)H a (s) =2332+++s s s 2)H a (s) = 4212+++s s s解:由H a (s)分解成部分分式之和 1)H a (s) =2332+++s s s =)1)(2(3+++s s s =12+s –21+s∴H(z) = 112---z e T –1211---z e T =2311)1(1)21(1--------++--+ze z e e z e e T T T T T 2)H a (s) =4212+++s s s =3221πjes ++3221πjes -+∴H(z) =123121---z e jTe π+123121----z e jTeπ=2211)3cos(21)3cos(1------+--ze z T e z T e TTT5-2 设h a (t)表示一个模拟滤波器的单位冲击响应 te9.0- , t ≥0h a (t)=0 , t <0(1)用冲击响应不变法,将此模拟滤波器转换成数字滤波器,确定系统函数H(z)(以T 作为参数)(2)证明,T 为任何值时,数字滤波器是稳定的,并说明数字滤波器近似为低通滤波器,还是高通滤波器解:(1)∵ h a (t)= te9.0-u(t)∴ H a (s) =9.01+s ∴ H(z) =19.011---ze T (2)∵ H(z) =19.011---ze T则其极点为z=Te9.0-∵ T > 0 ∴ |z | < 1H(ωj e ) =ωj e z z H =|)( = Tj j e e e9.0--ωω可以看出当ω↑时,| H(ωj e ) |↓ ∴ 是低通滤波5-3 图5-40是由RC 组成的模拟滤波器,写出其系统函数H a (s),并选用一种合适的转换方法,将H a (s)转换成数字滤波器H(z) 解:由回路法可知(这是一个高通滤波器) y a (t)=dt t dU RC c )(= dt t dx RC a )(–dtt dy RC a )( ∴)()(s X s Y =RCsRCs +1= H a (s) 由于脉冲响应不变法只适宜于实现带通滤波器,所以最好用双线性变换法实现H(z)∴H(z) =11112|)(--+-⋅=z z T s a s H =11111121112----+-⋅++-⋅z z T RC z z T RC =211)2()2()1(2-----++-z z RC T RC T z RCx a (t)CRy a (t)5-4 设模拟滤波器的系统函数为H a (s)= c cs Ω+Ω,式中Ωc 是模拟滤波器的3dB 带宽,利用双线性变换,设计一个具有0.2π的3dB 带宽的单极点低通数字滤波器解:由预畸可知c Ω=)2.021tan(2π⨯T =T 65.0∴ H a (s) =Ts T 65.065.0+由双线性变换法可得H(z) =11112|)(--+-⋅=z z T s a s H =Tz z T T65.011265.011++-⋅--=1135.165.2)1(65.0---+z z 5-5 要求通过模拟滤波器设计数字滤波器,给定指标:3dB 截至角频率ωc =π/2,通带内ωp =0.4π处起伏不超过1dB ,阻带内ωs =0.8π处衰减不小于20dB ,用Butterworth 滤波特性实现 (1)用冲击响应不变法 (2)用双线性变换法解:(1)用冲击响应不变法① 先将数字指标转换为低通原型模拟滤波器指标p Ω=Tpω=T π4.0s Ω=Tsω=T π8.0②设计模拟滤波器,求出H a (s) Butterworth 的频响函数为2|)(|Ωj H a =n c2)(11ΩΩ+∴ )(p a j H Ω=ncp 2)(11ΩΩ+=n cp 2)(11ωω+=10110-)(s a j H Ω=n cs 2)(11ΩΩ+=nc s 2)(11ωω+=102010-∴ n =)lg(2)110110lg(1012ps ωω--=2.14 ∴ 取 n = 3 ③ 求c Ω2|)(|Ωj H a =ncs 2)(11ωω+=210-∴ ωc = 62110-sωrad/s = 6998.0π= 0.372π∴ c Ω=Tcω 设T = 1, 则 c Ω= 0.372π④ 求H a (s)查表可得)1)(1(1)(2+'+'+'='s s s s H a∴ H a (s) = )1)(1(1|)(22+Ω+Ω+Ω='Ω='cc c s s a s s s s H c⑤ 由冲击响应不变法 先将H a (s)分解成部分分式H a (s) =11s s A ++22s s A ++33s s A +=则H(z) =1111---z e A T s +1221---z e A T s +1331---z e A T s=(2)用双线性变换法①由预畸求模拟滤波器原型指标p Ω=2tan 2p T ω=T 453.1s Ω=2tan 2s T ω=T 155.0②设计模拟滤波器,求出H a (s) Butterworth 的频响函数为2|)(|Ωj H a =n c2)(11ΩΩ+∴ )(p a j H Ω=ncp 2)(11ΩΩ+=10110-)(s a j H Ω=ncs 2)(11ΩΩ+=102010-∴ n =)lg(2)110110lg(1012ps ΩΩ--=1.51 取n =2③求c Ω2|)(|s a j H Ω=nc2)(11ΩΩ+=210- 取T =1∴ c Ω=62110-Ωsrad/s = 699155.6= 2.862④求H a (s) 查表可得: )(s H a '=14142.112+'+'s sH a (s) = cs s a s H Ω=''|)(=14142.1122+Ω+Ωc cs s=⑤由双线性变换法求 H(z) =11112|)(--+-⋅=z z T s a s H =5-6 已知图5-41h 1(n)是偶对称序列N=8,h 2(n)是h 1(n)圆周位移后的序列。

信号检测与估值--给大家的答案

信号检测与估值--给大家的答案
,也即满足
故有
所以
2.设观测到的信号为
其中 是方差为 、均值为零的高斯白噪声。如果 服从瑞利分布,即
求 的最大后验概率估计 。
解:
根据题意, ,所以


所以 ,解得:
因为
所以
3.给定 , 是零均值、方差为1的随即变量
(1)求 的最大似然估计 。
(2)对下列 求最大后验概率估计
解:
(1)根据题意, ,所以
又当 时,根据判决表示式

解得 时,判决表示式为
,判决假设 成立
,判决假设 成立
而根据判决表示式
解得 时,判决表示式为
,判决假设 成立
,判决假设 成立
这样,判决表示式为


又由于 都是以纵坐标为对称的函数,所以
2)当约束 时,采用奈曼-皮尔逊准则,也分两种情况进行讨论。
一、当 时,始终判决假设 成立,所以 ,不满足约束条件 ,不存在奈曼-皮尔逊准则。
化简得判决表示式
2)若似然比检验门限 =1,则判决表示式为
所以,判决概率 为
判决概率 为
二、当 时,判决域的划分如题图(a)所示。如果取 ,则 。
这时判决概率
满足约束条件。
判决概率
5.设观测信号在两个假设下的概率密度函数 分别如下图所示
1)若似然比检验门限为 ,求贝叶斯判决表达式。
2)如果 。
解:
1)假设H0下观测信号的概率密度函数为
假设H1下观测信号的概率密度函数为
于是,似然比检验为
(2)根据题意, , ,
因此
4.考虑一个假设检验问题,已知
1)设 若 ,试求 。
2)设 ,试建立奈曼-皮尔逊准则。

信号与系统第5章课后习题答案

信号与系统第5章课后习题答案

5.5 离散信号()f n 的波形如习题图5-3所示,试画出下列信号的波形。

(2)(1)(4)(2)(6)(1)(1)(8)(1)()(10)(1)(1)f n f n f n f n f n U n f n U n - +×- -- ---+习题图5-3(2)(1)f n -(4)(2)f n32211()10(2)102100n n n f n n f n n n =-ìï =- 3 =-ìïïï= = Þ = =ííïï = îïï î其他其他+×-(6)(1)(1)f n f n--(8)(1)()f n U n---+f n U n(10)(1)(1)5.17 求下列差分方程所描述的系统的单位样值响应。

1(1)()(2)()9y n y n f n --=解:单位样值响应是指当激励信号为()n d 时系统的零状态响应。

要求单位样值响应,输入()()f n n d =,代入差分方程得:1()(2)()(1)9h n h n n d --= LLL在0n >时,()0n d =,有1()(2)09h n h n --= 特征方程为:2121110,933l l l -= Þ =- =1211()()((2)33n nh n C C \ =-+ LLL0()0(())n h n h n < = Q 时,;因为单位样值响应是零状态响应1()(2)()91(0)(2)(0)191(1)(1)(1)09h n h n n h h h h d d d =-+ \ = -+== -+=由(1)式得: 121122(0)(1)1(0)12111(1)(0332h h h C C C h C C C ì =+==üïïïÞ ýí = -+=ïï=þïî将、代入(2)式得:1111()[((]()2323n nh n U n \ =-+5.18 求习题图5-5所示系统的单位样值响应。

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p(yi p(yi
|H1) |H0)
.
(18)
N i=1
ln
p(yi|H0)
=
N i=1
yi
=
0.
Therefore,
we
form
a
decision
variable
N
U = yi
i=1
(19)
If
U
=
0,
then
we
decide
H0.
If
U
=
0,
then
we
decide
H1.
The
minimum
cost
where µi = E{l|Hi} and σi2 = V {l|Hi} for i = 0, 1,
E{Lk|H1} = P11 ln τA + (1 − P11) ln τC ,
(24)
and
E{Lk|H0} = P10 ln τa + (1 − P10) ln τC
(25)
The unconditional variance is

n
e(vi−θ0)dvi = enθ0 1 − e−θ1 n
θ1
(15)
Problem 5.13 (a) Because of the conditions, the threshold is τ = 1. Let
D1
L(yi)
=
p(yi|H1) p(yi|H0)
> <
1
(16)
D0
If
yi
=
1,
is
1 2
C01
P01
=
1 2
N +1 .
(d) The basic cost is
. 1
2N +1
For N
samples, there is an additional cost of
N 15
.
Thus, the total cost for N
samples
is
2−(N +1)
+
N 15
.
The
p0(v)
so we decide D1. If, on the other hand, any vi is less than θ1, then p(v) = 0 and L(v) = 0 so decide D0. The risk is the probability of choosing D1 when H0 is correct. This can be written as
Problem 5.16
Similar to the derivation in Section 5.11,
E{L2k|H1} = P11(ln τA)2 + (1 − P11)(ln τC )2
(20)
and
E{L2k|H0} = P10(ln τA)2 + (1 − P10)(ln τC )2
(21)
L(y) = p(y|H1) = p(y|H0)
N i=1
p(yi|H1)
N i=1
p(yi|H0)
(17)
and the log-likelihood ratio is If H0 is correct, all yi’s are zero, so
ln L(y) =
N i=1 N i=1
ln ln
1
τ − kµ
Pd
=
erfc 2
√ 2kσ2
(8)
and substituting in the value for τ found in part (a) results in the desired expression.
Problem 5.2
The measurement vector is
y = [yl, yl+i, ..., yl+k]
value
of
N
for
which
this
is
smallest
is
N
=
2.
Problem 5.15
This problem simply reiterates the fact that the decision variable U and the decision threshold are different concepts. If, in any of the examples in chapter 5, we had dealt with unequal a priori probabilities and/or non-uniform costs, the decision threshold would change as we learned in chapter 4. In this specific case of OOK, the decision variable can be determined as shown in Figure 5.11. The bias term would be included in the decision threshold.

τ = erfc−1 (2αf ) 2kσ2
(6)
(b) The probability of detection is defined as

∞1
Pd =
τ
p1(yk)dyk =τ√Fra bibliotekexp
2πkσ2

(yk − kµ)2 2kσ2
dyk
(7)
√ Using the change of variable t = (yk − kµ)/ 2kσ2, it follows that
From Eq. F.8 in Appendix F,
V
{k|H1}
=
E {L2k |H1 }

σ12 E {Lk |H1 }/µ1 µ21

E 2 {Lk |H1 }
(22)
and
V
{k|H0}
=
E {L2k |H0 }

σ02 E {Lk |H0 }/µ0 µ20

E 2 {Lk |H0 }
(23)
(9)
starting at an arbitrary point l. The tap coefficient of the FIR filter are shown in Figure 5.4 and are
h∗i,k, h∗i,k−1, ..., h∗i,1, i = 0, 1
(10)
The filter output is
that
1 P (E) = erfc
E1
(12)
2
4N0
Problem 5.12
Let v = (v1, · · · , vn). This problem is a good one in using understanding and logic rather than just “chugand-plug” mathematical formulae. The a prior probabilities and costs assure that the decision threshold is unity. We can write the vector pdf as
Problem 5.10
Amending Figure 5.3 in the text, we can draw an OOK receiver structure as Figure 1. because for the
signal corresponding to “off”, u0 = 0. Equation 5.108 is still valid, and since ρr = 0 and E0 = 0, it follows
V {k} = π1V {k|H1} + π0V {k|H0}
(26)
p(v) =
enθ1 exp (− enθ0 exp (−
n in=1 i=1
vi) vi)
, ,
H1 H0
(13)
If all the individual vi are greater than or equal to θ1, it follows that
L(v) = p1(v) ≥ 1
(14)
(2)
and
1
p1 (yk )
=
√ 2πkσ2
exp

(yk − kµ)2 2kσ2
(3)
It follows that the probability of false alarm, specified by the Neyman-Pearson rule as αf , is

αf =
p0 (yk )dyk
(4)
τ
√ Using the change of variable t = yk/ 2kσ2 inside the integral, we are left with
αf =

1
√ τ / 2kσ2
√ π
exp
−t2
1 dt = erfc
2
τ √
2kσ2
(5)
and from this it follows that the threshold is
ylh∗i,1 + yl+1h∗i,2 + · · · + yl+kh∗i,k
k
=
yl−1+j h∗i,j
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