信号检测与估计 第五章 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

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

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

(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

PPT课件
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
PPT课件
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))
令
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。
PPT课件
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

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

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

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
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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