信号检测估计 第0章
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信号检测与估计理论
平方检测算法是一种简单而有效的信 号检测算法，它通过比较输入信号的 平方和与阈值来判断是否存在信号。
信号估计理论
02
信号估计的基本概念
信号估计
利用观测数据对未知信号或系统状态进行推断或预测 的过程。
信号估计的目的
通过对信号的处理和分析，提取有用的信息，并对未 知量进行估计和预测。
信号估计的应用
在通信、雷达、声呐、图像处理、语音识别等领域有 广泛应用。
阈值设置
03
在信号检测中，阈值是一个关键参数，用于区分信号和噪声。
通过调整阈值，可以控制错误判断的概率。
信号检测的算法
最大后验概率算法
最大后验概率算法是一种常用的信号 检测算法，它基于贝叶斯决策准则， 通过计算后验概率来判断是否存在信 号。
平方检测算法
多重假设检验算法
多重假设检验算法是一种处理多个假 设的信号检测算法，它通过比较不同 假设下的似然比来确定最佳假设。
医学影像信号处理
X光影像处理
通过对X光影像进行去噪、增强、分割等处理，可以提取出 病变组织和器官的形态特征，为医生提供诊断依据。
MRI影像处理
磁共振成像（MRI）是一种无创的医学影像技术，通过对MRI 影像进行三维重建、分割、特征提取等技术处理，可以更准确
地诊断疾病。
超声影像处理
超声影像是一种实时、无创的医学影像技术，通过对超声影像 进行实时采集、动态分析、目标检测等技术处理，可以为临床
03
估计的精度和效率。
深度学习在信号检测与估计中的应用
01
深度学习是人工智能领域的一种重要技术，在信号检
测与估计中信号进行高效的特征
提取和分类，提高信号检测的准确性和稳定性。
第一章 信号检测与估计概论
信号检测与估计理论—发展概况
二十世纪50年代中后期，随着空间技术的发展，要求 对卫星轨道精确测量，从而要求对卫星位置、速度进行 联合观测，并将地面跟踪站接收到的大量数据进行实时 处理。而“Wiener滤波理论”要求对所观测到的数据追 溯到无限的过去，因而满足不了空间技术的实时精密跟 踪、测量、控制要求。随着计算机技术的飞速发展，人 们将滤波问题用微分方程表示，提出许多适应空间技术 的简练算法，六十年代初，形成了著名的“卡尔曼滤波 理论”(Kalman Filtering)。
➢李道本，信号的统计检测与估计理论，北京邮电大学出版社。 ➢Steven M. Kay，Fundamentals of Statistical Signal Processing, Estimation Theory /Detection Theory---Prentice Hall. ➢Louis L. Scharf, Statistical Signal Processing: Detection, Estimation, and Time Series Analysis, Prentice Hall ➢Thomas A. Schonhoff, Detection and Estimation Theory and Its Application.电子工业出版社
信号检测与估计理论—发展概况
2、匹配滤波器
在 Radar 技 术 发 展 推 动 下 ， 诺 思 (D.O. North)于1943年，提 出了以输出信噪比最大为准则的 匹配滤波理论。随后在雷达、通 信、声纳等系统中获得广泛的应 用。
信号检测与估计理论—发展概况
1946-1948年美国Bell Lab. C. E. Shannon建立的基 础信息论，Shannon信息论解决信息传输的有效性问题
信号检测估计 第0章
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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。
主讲:刘颖 Prof. Liu Ying Email: liuying@
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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）
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。
主讲:刘颖 Prof. Liu Ying Email: liuying@
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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）
无线传输中信号检测与估计方法
无线传输中信号检测与估计方法无线传输中信号检测与估计方法无线传输中的信号检测与估计方法在无线通信系统中，信号检测与估计是非常重要的步骤，它们用于识别和估计接收信号中的信息。
本文将按照步骤思考无线传输中的信号检测与估计方法。
步骤1：信道建模首先，我们需要对无线信道进行建模。
信道建模可以通过测量和建立信道模型来实现。
信道模型描述了信号在传输过程中所经历的变化，包括路径损耗、多径效应、干扰等。
常用的信道模型包括瑞利衰落信道模型和高斯信道模型。
步骤2：信号检测信号检测用于确定接收信号中是否存在所需的信息。
在信号检测中，我们需要对接收到的信号进行比较和判断。
常见的信号检测方法包括最大似然检测、线性检测和子空间分解等。
最大似然检测是一种基于统计学原理的检测方法，通过比较接收到的信号与各个可能信号的概率分布来判断最可能的信号。
步骤3：信号估计信号估计用于估计接收信号中的相关参数，例如信号的幅度、相位等。
信号估计可以通过最小均方误差（MMSE）估计、最大后验概率（MAP）估计等方法来实现。
MMSE估计是一种基于统计学原理的估计方法，通过最小化接收信号与估计信号之间的均方误差来估计信号的参数。
步骤4：信号解调与解码信号解调与解码用于从接收信号中还原出原始的信息。
在信号解调与解码中，我们需要根据发送信号的调制方式和编码方式来进行解调和解码。
常见的调制方式包括调幅调制（AM）、调频调制（FM）和相移键控（PSK）等，常见的编码方式包括前向纠错编码（FEC）和卷积码等。
步骤5：性能评估与优化最后，我们需要对信号检测与估计方法进行性能评估和优化。
性能评估可以通过误码率（BER）和误比特率（BER）等指标来衡量。
优化可以通过改进信号检测与估计算法、优化信道参数或增加信号的冗余度等方式来实现。
总结起来，无线传输中的信号检测与估计方法包括信道建模、信号检测、信号估计、信号解调与解码以及性能评估与优化。
这些方法在无线通信系统中起着至关重要的作用，可以提高系统的可靠性和性能。
信号检测及估计
3)对于观测值的处理方式，进行分类： 固定观测样本值；非固定观测样本值(如序列检测,估计)。
举例：雷达系统(机场监视雷达，如何确定飞机的位置)
Skolnik M I, Introduction to Radar Systems, McGraw-Hill, New York, 1980
工作原理: 为了确定是否有飞机正在靠近以及距离R有多远。 发射一个电磁脉冲，如果这个脉冲被大的运动目标反射，就 显示有飞机出现。接收波形由反射脉冲、周围辐射及接收机 内的电子噪声组成。
考核方式:(闭卷)笔试或提交课程论文。 任课教师:张端金, 教授, 南京理工大学控制理论与控制 工程博士, 华南理工大学信息与通信工程博士后, 德国 杜伊斯堡-埃森(Duisburg-Essen)大学访问学者。
Tel: 0371-67781545 (郑大新校区工科园D408)
Email: iedjzhang@
h1 (•) h1 (•) h1 (•)
y1
y2
yN
h2 (•) J y1
h2 (•) y2
h2 (•) yN
hN (•)
hN (•)
hN (•)
y1
y2 yN
上述变换称为N维雅可比变换。
2.3随机过程及其统计描述
2.3.1随机过程的定义 设 (,F,P) 是一概率空间，T是一个实参数集，定义在T和
信号(Signal):是指荷载信息的一个时间波形或函数。
信号检测与估计的分类方法：
1)按照对噪声与干扰的统计特性的先验了解，进行分类： A 参量检测(估计)或最佳检测(估计)。 B 非参量检测(估计)。 2)对于信号的类型，进行分类： 确知信号的的检测；具有未知参量信号的检测；对随机信号 的检测检测。
举例：雷达系统(机场监视雷达，如何确定飞机的位置)
Skolnik M I, Introduction to Radar Systems, McGraw-Hill, New York, 1980
工作原理: 为了确定是否有飞机正在靠近以及距离R有多远。 发射一个电磁脉冲，如果这个脉冲被大的运动目标反射，就 显示有飞机出现。接收波形由反射脉冲、周围辐射及接收机 内的电子噪声组成。
考核方式:(闭卷)笔试或提交课程论文。 任课教师:张端金, 教授, 南京理工大学控制理论与控制 工程博士, 华南理工大学信息与通信工程博士后, 德国 杜伊斯堡-埃森(Duisburg-Essen)大学访问学者。
Tel: 0371-67781545 (郑大新校区工科园D408)
Email: iedjzhang@
h1 (•) h1 (•) h1 (•)
y1
y2
yN
h2 (•) J y1
h2 (•) y2
h2 (•) yN
hN (•)
hN (•)
hN (•)
y1
y2 yN
上述变换称为N维雅可比变换。
2.3随机过程及其统计描述
2.3.1随机过程的定义 设 (,F,P) 是一概率空间，T是一个实参数集，定义在T和
信号(Signal):是指荷载信息的一个时间波形或函数。
信号检测与估计的分类方法：
1)按照对噪声与干扰的统计特性的先验了解，进行分类： A 参量检测(估计)或最佳检测(估计)。 B 非参量检测(估计)。 2)对于信号的类型，进行分类： 确知信号的的检测；具有未知参量信号的检测；对随机信号 的检测检测。
《信号检测与估计》总复习
《信号检测与估计》总复习2005.4第一章 绪 论本章提要本章简要介绍了信号检测与估计理论的地位作用、研究对象和发展历程，以及本课程的性能和主要内容等。
第二章 随机信号及其统计描述 本章提要本章简要阐述了随机过程的基本概念、统计描述方法，介绍了高斯噪声和白噪声及其统计特性。
本章小结（1）概率分布函数是描述随机过程统计特性的一个重要参数，既适用于离散随机过程，也适用于连续随机过程。
一维概率分布函数具有如下性质1),(0≤≤t x F X[]0)(),(=-∞<=-∞t X P t F X ；[]1)(),(=+∞<=+∞t X P t F X ；),(),())((1221t x F t x F x t X x P X X -=<≤；若21x x <，则),(),(12t x F t x F X X ≥概率密度函数可以直接给出随机变量取各个可能值的概率大小，仅适用于连续随机变量。
一维概率密度具有如下性质：0),(≥t x f X ；1),(=⎰+∞∞-dx t x f X ；x d t x f t x F x X X ''=⎰∞-),(),(；[]⎰=-=<≤21),(),(),()(1221x x X X X dxt x f t x F t x F x t X x P（2）随机过程的数字特征主要包括数学期望、方差、自相关函数、协方差函数和功率谱密度。
分别描述了随机过程样本函数围绕的中心，偏离中心的程度、样本波形两个不同时刻的相关程度、样本波形起伏量在两个不同时刻的相关程度和平均功率在不同频率上的分布情况。
定义公式分别为：[]dxt x xf t X E t m X X ⎰+∞∞-==),()()([]{}[]dx t x f t m x t m t X E t X X X X ⎰+∞∞--=-=),()()()()(222σ[]212121212121),,,()()(),(dx dx t t x x f x x t X t X E t t R X X ⎰⎰+∞∞-+∞∞-==[][]{}[][]2121212211221121),,,()()()()()()(),(dx dx t t x x f t m x t m xt m t X t m t X E t t C X X X X X X ⎰⎰∞+∞-∞+∞---=--=。
《信号检测与估计》课件
,
汇报人：
CONTENTS
PART ONE
PART TWO
信号检测：从含有噪声的信号中提 取有用信号的过程
信号检测与估计的目的：提高信号 传输的可靠性和准确性
添加标题
添加标题添加标题添来自标题信号估计：根据已知信号模型，估 计信号参数的过程
信号检测与估计的应用：通信、雷 达、声呐等领域
通信领域：检测和 估计信号，提高通 信质量
汇报人：
PART THREE
信号检测：通过测量信号的强度、 频率、相位等信息，判断信号是否 存在
信号检测方法：包括能量检测、匹 配滤波、相关检测等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
信号分类：根据信号的性质，可以 分为连续信号和离散信号
信号检测性能：包括检测概率、虚 警概率、检测延迟等指标
基于统计的方法：如最大 似然估计、贝叶斯估计等
雷达领域：检测和 估计目标信号，提 高雷达性能
医疗领域：检测和 估计生理信号，辅 助疾病诊断和治疗
工业领域：检测和 估计设备信号，提 高生产效率和安全 性
信号检测与估计是通信、雷达、导航等系统的核心 信号检测与估计可以提高系统的性能和可靠性 信号检测与估计可以降低系统的成本和功耗 信号检测与估计可以增强系统的安全性和保密性
信号检测与估计的鲁棒性研 究
信号检测与估计的实时性研 究
5G通信：提高通信速度和质量，实现高速数据传输 自动驾驶：提高车辆感知能力，实现智能驾驶 医疗健康：提高疾病诊断和治疗水平，实现精准医疗 工业自动化：提高生产效率和质量，实现智能制造 航空航天：提高飞行器导航和定位精度，实现安全飞行 军事应用：提高战场感知和决策能力，实现精确打击
参数估计：通过建立信号模型，估计模 型参数
汇报人：
CONTENTS
PART ONE
PART TWO
信号检测：从含有噪声的信号中提 取有用信号的过程
信号检测与估计的目的：提高信号 传输的可靠性和准确性
添加标题
添加标题添加标题添来自标题信号估计：根据已知信号模型，估 计信号参数的过程
信号检测与估计的应用：通信、雷 达、声呐等领域
通信领域：检测和 估计信号，提高通 信质量
汇报人：
PART THREE
信号检测：通过测量信号的强度、 频率、相位等信息，判断信号是否 存在
信号检测方法：包括能量检测、匹 配滤波、相关检测等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
信号分类：根据信号的性质，可以 分为连续信号和离散信号
信号检测性能：包括检测概率、虚 警概率、检测延迟等指标
基于统计的方法：如最大 似然估计、贝叶斯估计等
雷达领域：检测和 估计目标信号，提 高雷达性能
医疗领域：检测和 估计生理信号，辅 助疾病诊断和治疗
工业领域：检测和 估计设备信号，提 高生产效率和安全 性
信号检测与估计是通信、雷达、导航等系统的核心 信号检测与估计可以提高系统的性能和可靠性 信号检测与估计可以降低系统的成本和功耗 信号检测与估计可以增强系统的安全性和保密性
信号检测与估计的鲁棒性研 究
信号检测与估计的实时性研 究
5G通信：提高通信速度和质量，实现高速数据传输 自动驾驶：提高车辆感知能力，实现智能驾驶 医疗健康：提高疾病诊断和治疗水平，实现精准医疗 工业自动化：提高生产效率和质量，实现智能制造 航空航天：提高飞行器导航和定位精度，实现安全飞行 军事应用：提高战场感知和决策能力，实现精确打击
参数估计：通过建立信号模型，估计模 型参数
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
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
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研究生课程
主讲:பைடு நூலகம்颖
信号检测与估计
Detection and Estimation Theory of Signal
主讲:刘颖 Prof. Liu Ying Email: liuying@
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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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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
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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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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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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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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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
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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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。
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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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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
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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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。
主讲:பைடு நூலகம்颖
信号检测与估计
Detection and Estimation Theory of Signal
主讲:刘颖 Prof. Liu Ying Email: liuying@
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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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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
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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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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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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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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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
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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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。
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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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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
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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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。