第五章信号检测与估计理论(3)
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信号检测与估计信号检测与估值理论是从 40 年代第二次世界大战中逐步形成和发展起来的。
整个40 年代是这个理论的初创和奠基时期。
在这期间,美国科学家维纳和苏联科学家柯尔莫格洛夫等作出了杰出的贡献。
他们将随机过程和数理统计的观点引入到通信和控制系统中来,揭示了信息传输和处理过程的统计本质,建立了最佳线性滤波理论,后人称之为维纳滤波理论。
这样,就把经典的统计判决理论和统计估值理论与通信工程紧密结合起来,为信号检测与估值理论奠定了基础。
信号检测:由于许多实际的通信和控制问题都具有二元的性质,可把收到的信号划分为1或0,所以信号检测问题主要就是根据收到的信号在两个假设之中选择其中一个假设的问题。
为了形成最优推断程序,应假定每个正确的或错误的推断代表接收端观察者的得益或损失,称为损失函数。
常用的信号检测方法有参数检测法、非参数检测法、鲁棒检测法和自适应检测法等。
信号估计:在通信和控制中常常需要利用受干扰的发送信号序列来尽可能精确地估计该发送信号的某些参量值。
信号估计问题主要是求最优估计算子,即设计一个能处理各种观察数据而产生最优估计的滤波器。
滤波器的期望输出就是信号的估值,它可以是信号本身,也可以是信号的延迟或导前,这就是滤波、平滑和预测问题。
通常把信号估计分为两大类,有条件的和无条件的。
无条件估计算子不需要利用发送信号先验概率的知识,即认为先验概率密度分布是均匀的。
条件估计算子则需要利用发送信号的概率密度分布的知识。
评价信号估计的准则最常用的是均方误差最小准则。
信号检测与估值理论是现代信息理论的一个重要分支,是以率论与数理统计为工具,综合系统理论与通信工程的一门学科。
它为通信、雷达、声纳、自动控制等技术领域提供理论基础。
此外,它在统计识模、射电天文学、雷达天文学、地震学、生物物理学以及医学等领域里,也获得了广泛的应用。
我们知道,在信息的传输与交换过程中,都是通过信号这一物理实体来实现的。
信号是信息的载荷者、传送者。
12第2部分教学内容1.1 信号检测与估计的研究对象及应用1.信号检测与估计的概念(1)信息传输的重要性:在信息时代,信息已经成为人类社会赖以生存和发展的重要资源,信息传输已经成为人类社会对信息资源开发和利用的手段。
(2)信息:是客观事物状态的反映,是意义和符号的统一体,以语言、文字或图象的形式表现出来。
(3)信息传输系统:传输信息的全部设备和传输媒介所构成的总体。
(4)信号:是携带或表现信息的物理量,是信息的载体。
(5)信息传输:是信息传输系统通过传输载有信息的信号的过程。
(6)信号检测与估计产生的原因:信号作为信息的载体,在产生和传输过程中,受到各种噪声的影响而产生畸变,信息接收者无法直接使用,需要接收设备对所接收的信号加以处理,才能提供给信息接收者使用。
对受噪声影响的接收信号加以处理就产生了信号检测与估计。
信号检测与估计所要解决的问题是信息传输系统的基本问题。
(7)信号检测与估计:是研究从噪声环境中检测出信号,并估计信号参量或信号波形的理论,是现代信息理论的一个重要分支,广泛应用于电子信息系统、自动控制、模式识别、射电天文学、气象学、地震学、生物医学工程及航空航天系统工程等领域。
2.信号检测与估计的研究对象1)信息传输系统的一般模型(组成)信息传输系统的一般模型如图1.1.1所示。
它通常由信息源、发送设备、信道、接收设备、终端设备以及噪声源组成。
信息源和发送设备统称为发送端。
接收设备和终端设备统称为接收端。
图1.1.1 信息传输系统(1)信息源,简称信源:是指向信息传输系统提供信息的人或设备,简单地说就是信息的发出者。
信源发出的信息可以归纳为两类:一类是离散信息;另一类是连续信息。
信源也就可分为模拟信源和数字信源。
(2)发送设备:将信源产生的信息变换为适合于信道传输(频段、带宽、功率)的信号,送往信道。
(3)信道,又称为传输媒介(质):将来自发送设备的信号传送到接收设备的物理媒介3(质),是介于发送设备和接收设备之间的信号传输通道。