信号估值与检测
《信号估值与检测》习题
1． 令观测样本由1(,....)i ix s w i n =+=给出，其中{}i w 是一高斯白噪声，其均值为零，方差为1。
假定s的先验概率密度为22())s f a a =-试用平方和均匀代价函数分别求s 的贝叶斯估计。
解：2()(|))2i i x s p x s -=-，1,...,i n =222111()()1(|)(|))()exp()222n n n ni ii i i i x s x s p s p x s π===--==-=-∑∏x且12221()()exp(2)2p s s s π=-=-（1） 采用平方代价函数，相应贝叶斯估计为最小均方误差估计mse s[|](|)mse sE s sp s ds +∞-∞==⎰x x21222121221222112221112()(|)()111(|)()exp()()exp(2)()()222()11()exp(2)()22(2)11()exp()()22(1)211()exp()exp(()22n ni i n ni i nn ii i nn i i i i x s p s p s p s s p p x s s p xx s s s p x n s x s p πππππ=+=+=+==-==---=---++=-+-=--∑∑∑∑x x x x x x x 221112222211112)2(1)(2)111()exp()exp()()222()(())1111()exp()exp()1()222(1)nnnin ii i nnni i n ii i i x xn s s n p x x x s n n p n ππ+==+===+-+=----++--+∑∑∑∑∑∑x x 分析(|)p s x ，发现其为高斯型的；而mse s为其条件均值，因此可以直接得到 1()1ni mse i x s n ==+∑ （2） 采用均方代价函数，相应贝叶斯估计为最大后验估计map sln((|))|0map p s s ss∂==∂x ，也即满足 ln((|))ln(())[]|0map p s p s ss s∂∂+==∂∂x x 故有1()0nmapmap ii x ss=--=∑ 所以111n map i i s x n ==+∑2． 设观测到的信号为x n =θ+其中n 是方差为2n σ、均值为零的高斯白噪声。
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。
信号检测与参数估计
信号检测与参数估计信号检测是指通过对接收到的信号进行处理和分析，判断信号中是否存在目标信号。
在通信领域中，我们常常需要解调和检测接收到的信号，从而判断是否接收到了正确的信号。
例如，在无线电通信中，接收到的信号可能受到噪声、多径衰落等干扰，因此需要利用信号检测技术来判断是否接收到了正确的信号。
信号检测的基本原理是利用统计假设检验的方法，通过对接收到的信号进行假设检验，从而得到信号存在的概率。
常见的信号检测方法有最小二乘法、极大似然估计法等。
其中，最小二乘法是一种经典的参数估计方法，通过求解最小化误差平方和的优化问题，得到信号的最优估计值。
而极大似然估计法是一种通过最大化似然函数来估计信号参数的方法，该方法在统计学中具有重要的地位。
参数估计是指通过对接收到的信号进行处理和分析，估计信号中的参数。
在通信领域中，我们经常需要估计信号的频率、幅度、相位等参数，以实现信号的解调和检测。
例如，在无线电通信中，接收到的信号可能经过多径传播导致信号衰落，并且信号频率可能发生偏移，因此需要通过参数估计技术对信号的频率和衰落程度进行估计。
参数估计的基本原理是利用统计学的方法，通过对接收到的信号进行概率密度函数的估计，从而得到信号的参数估计值。
常见的参数估计方法有最小二乘法、极大似然估计法等。
其中，最小二乘法是一种经典的参数估计方法，通过求解最小化误差平方和的优化问题，得到信号的最优估计值。
而极大似然估计法是一种通过最大化似然函数来估计信号参数的方法，该方法在统计学中具有重要的地位。
在实际应用中，信号检测和参数估计在通信、雷达、生物医学等领域都具有重要的应用。
例如，在无线通信中，通过信号检测技术可以判断接收到的信号是否是所需的信号，从而实现正确的信号解调和检测。
在雷达系统中，通过参数估计技术可以估计目标的距离、速度等参数，从而实现目标的跟踪和定位。
在生物医学中，通过信号检测和参数估计技术可以对生物信号进行处理和分析，从而实现疾病的诊断和监测。
信号估值与检测
信号估值与检测一、信号检测与估值理论的研究对象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。
众所同知，通信、雷达、自动控制系统等都是当代重要的信息传输和处理系统，对它们的性能要求，总的说来有两个方面。
一是要求系统能高效率地传输信息，这就是系统的有效性；二是要求系统能可靠地传输信息，这就是系统的可靠性或抗干扰性。
‹ 使系统信息传输可靠性降低的主要原因有：1．不可避免的外部干扰和内部噪声的影响；2．传输过程中携带信息的有用信号的畸变。
二．信号检测与估值理论发展的简略回顾‹ 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(N．Wiener)和苏联科学家柯尔莫格洛夫(A．H．Ｋ)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①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。
对于当时的传统观念来说，维纳滤波理论的创立是一次冲击和突破。
因此，在20 和30 年代，人们在研究信息传输系统的可靠性问题时，总是习惯于把信号看成是一个确定性的过程（周期过程或瞬态过程），因而具有很大的局限性。
第一章贝叶斯准则（Bayes Criterion）：在假设Hj的先验概率P(Hj)已知，各种判决代价因子cij给定的情况下，使平均代价C最小的准则。
根据贝叶斯准则得到似然比检验，将似然比函数（转移概率密度函数之比）λ(x)与最佳似然比门限η（由先验概率和判决代价因子确定）比较来判决哪种假设成立。
4_信号检测与参数估计
4_信号检测与参数估计信号检测与参数估计是数字信号处理领域的一个重要概念，主要用于从一组接收到的信号中检测出所需的信号，并估计信号的相关参数。
在通信系统、雷达系统、生物医学信号处理等领域都有广泛的应用。
信号检测涉及到检测信号是否存在、信号的起止时间、信号在时间和频率域的波形特征等问题。
检测信号的方式主要有匹配滤波、功率谱估计和相关性分析等方法。
参数估计则是通过对信号的观测结果进行分析，估计信号的相关参数，如信噪比、频率、相位等。
在数字通信系统中，信号检测与参数估计是非常重要的，它们直接影响到通信系统的性能。
例如，在数字调制解调器中，接收端需要根据接收到的信号恢复出发送端发送的信号，这就需要进行信号检测与参数估计。
另外，在雷达系统中，对于远距离目标的检测也需要信号检测与参数估计。
信号检测与参数估计的核心问题是如何从一堆噪声干扰中准确地检测出目标信号，并且正确地估计出目标信号的参数。
这是一个典型的统计推断问题。
在实际应用中，通常采用最大似然估计、最小二乘估计等方法来解决这个问题。
最大似然估计是参数估计的一种常用方法，它假设观测到的数据服从其中一种已知的概率分布，然后通过最大化似然函数来估计参数。
最大似然估计常用于信号检测与参数估计中对信号的频率、幅度等参数进行估计。
最小二乘估计则是另一种常用的参数估计方法，它是一种在回归分析中常用的方法，通过最小化残差平方和来估计参数。
最小二乘估计在信号处理中也有广泛的应用，例如用于估计信号的频率、相位等参数。
除了最大似然估计和最小二乘估计，还有许多其他参数估计方法，如贝叶斯估计、卡尔曼滤波等方法，这些方法在不同场合下有着各自的优缺点。
总的来说，信号检测与参数估计是数字信号处理中非常重要的一部分，它们直接影响到通信系统、雷达系统等系统的性能。
在实际应用中，需要根据具体的系统要求和环境条件选择合适的方法来进行信号检测与参数估计，以获得最佳的性能。
信号检测与估计知识点总结
第二章 检测理论1．二元检测：① 感兴趣的信号在观测样本中受噪声干扰，根据接收到的测量值样本判决信号的有无。
② 感兴趣的信号只有两种可能的取值，根据观测样本判决是哪一个。
2．二元检测的数学模型：感兴趣的信号s ，有两种可能状态：s0、s1。
在接收信号的观测样本y 中受到噪声n 的污染，根据测量值y 作出判决：是否存在信号s ，或者处于哪个状态。
即：y(t)=si(t)+n(t) i=0,1假设：H 0：对应s0状态或无信号，H 1：对应s1状态或有信号。
检测：根据y 及某些先验知识，判断哪个假设成立。
3. 基本概念与术语✧ 先验概率：不依赖于测量值或观测样本的条件下，某事件（假设）发生或 成立的概率。
p(H 0),p(H 1)。
✧ 后验概率：在已掌握观测样本或测量值y 的前提下，某事件（假设）发生或成立的概率。
p(H 0/y),p(H 1/y) 。
✧ 似然函数：在某假设H0或H1成立的条件下，观测样本y 出现的概率。
✧ 似然比：✧ 虚警概率 ：无判定为有；✧ 漏报概率 ：有判定为无；✧ （正确）检测概率 ：有判定为有。
✧ 平均风险： 4.1 最大后验概率准则（MAP ）在二元检测的情况下，有两种可能状态：s0、s1，根据测量值y 作出判决：是否存在信号s ，或者处于哪个状态。
即： y(t)=si(t)+n(t) i=0,1假设：H 0：对应s0状态或无信号，H 1：对应s1状态或有信号。
)|()|()(01H y p H y p y L =f P m P d P )(][)(][111110101010100000H P C P C P H P C P C P r ∙++∙+=如果 成立，判定为H0成立；否则 成立，判定为H1成立。
利用贝叶斯定理： 可以得到： 如果 成立，判定为H0成立； 如果 成立，判定为H1成立；定义似然比为：得到判决准则： 如果 成立，判定为H0成立； 如果 成立，判定为H1成立；这就是最大后验准则。
通信系统中的信号检测与估计技术
通信系统中的信号检测与估计技术通信系统中的信号检测与估计技术在现代通信领域中起着至关重要的作用。
随着通信技术的不断发展和进步，人们对信号检测与估计技术的需求也变得越来越迫切。
本文将着重介绍通信系统中的信号检测与估计技术的相关知识，包括其基本概念、原理、算法以及应用等方面。
一、信号检测技术信号检测技术是指在接收端对信道传输而来的信号进行检测和判决的过程。
其主要任务是根据接收到的信号样本，判断出信号的存在与否。
在通信系统中，信号通常会受到多种干扰和噪声的影响，因此准确的信号检测技术对于提高通信系统的性能至关重要。
在信号检测技术中，常用的算法包括最大似然检测、贝叶斯检测、信号能量检测等。
这些算法根据不同的假设条件和约束条件，对接收到的信号进行处理和判决，以实现准确的信号检测。
二、信号估计技术信号估计技术是指在接收端根据接收到的信号样本，对信号的参数进行估计和推断的过程。
其主要任务是通过对信号样本的处理和分析，恢复出信号的原始信息。
在通信系统中，信号估计技术可以用于信号的解调、解调和信号分析等应用。
常用的信号估计算法包括最小均方误差估计、最大后验概率估计、最大似然估计等。
这些算法通过对接收到的信号样本进行处理和优化，得到对信号参数的最优估计结果。
三、应用领域信号检测与估计技术在通信系统中应用广泛，涉及到数字通信、无线通信、雷达、生物医学工程等多个领域。
在数字通信系统中，信号检测与估计技术可以用于解调和信道估计；在无线通信系统中，可以用于信号检测和信道估计；在雷达系统中，可以用于目标检测和跟踪；在生物医学工程中，可以用于生物信号的检测和分析。
总之，信号检测与估计技术是通信系统中的重要组成部分，对于提高通信系统的性能和可靠性具有重要意义。
随着通信技术的不断发展，我们相信信号检测与估计技术将会在未来得到进一步的完善和应用。
通信系统中的信号检测与估计技术
通信系统中的信号检测与估计技术随着通信技术的发展和普及，通信系统中的信号检测与估计技术变得越来越重要。
信号检测与估计技术主要是指在通信系统中接收到的信号进行分析和处理，以达到准确检测和估计信号的目的。
本文将介绍通信系统中常用的信号检测与估计技术，并进行详细的解释和说明。
一、信号检测技术1. 误码率检测误码率检测是一种常见的信号检测技术，用于判断接收到的信号中存在多少误码。
通过比较接收到的信号与发送信号的差异，可以计算出误码率。
误码率检测在通信系统中非常重要，可以帮助判断信号质量和调整传输参数。
2. 自相关检测自相关检测是一种信号检测技术，用于判断接收到的信号与发送信号之间的相关性。
通过计算接收到的信号与发送信号的自相关函数，可以确定信号之间的关联程度，从而判断信号是否存在。
3. 重构信号检测重构信号检测是一种对接收到的信号进行处理、滤波和重构的技术。
通过采用逆滤波器、降噪滤波器等算法，可以还原信号的原始特征和波形。
二、信号估计技术1. 参数估计参数估计是一种常见的信号估计技术，用于确定接收到的信号的各种参数，例如信号的幅度、频率和相位等。
通过采集样本数据，使用最小二乘法、极大似然估计等算法，可以对信号的参数进行估计。
2. 时延估计时延估计是一种用于确定信号传输延迟的技术。
通常在多径传播环境下，信号会存在多个到达路径，通过测量信号的到达时间差异，可以准确估计信号的时延。
3. 载波估计载波估计是一种用于确定信号的载波频率和相位的技术。
通过提取信号频谱，使用相关算法和周期估计算法，可以准确估计信号的载波参数。
三、应用案例信号检测与估计技术在通信系统中有着广泛的应用。
一些典型的应用案例包括：1. 无线通信系统中的信号检测与估计，用于判断接收到的信号质量和确定信号参数，提高通信质量和容量。
2. 语音信号处理中的信号检测与估计，用于语音识别、语音合成等应用，提高语音通信的质量和准确性。
3. 图像处理中的信号检测与估计，用于图像恢复、图像压缩等应用，提高图像传输和处理的效率和质量。
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信号估值与检测
一、信号检测与估值理论的研究对象
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。
众所同知，通信、雷达、自动控制系统等都是当代重要的信息传输和处理系统，对它们的性能要求，总的说来有两个方面。
一是要求系统能高效率地传输信息，这就是系统的有效性；
二是要求系统能可靠地传输信息，这就是系统的可靠性或抗干扰性。
‹ 使系统信息传输可靠性降低的主要原因有：
1．不可避免的外部干扰和内部噪声的影响；
2．传输过程中携带信息的有用信号的畸变。
二．信号检测与估值理论发展的简略回顾
‹ 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(N．Wiener)和苏联科学家柯尔莫格洛夫(A．H．Ｋ)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①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。
对于当时的传统观念来说，维纳滤波理论的创立是一次冲击和突破。
因此，在20 和30 年代，人们在研究信息传输系统的可靠性问题时，总是习惯于把信号看成是一个确定性的过程（周期过程或瞬态过程），因而具有很大的局限性。
第一章
贝叶斯准则（Bayes Criterion）：在假设Hj的先验概率P(Hj)已知，各种判决代价因子cij给定的情况下，使平均代价C最小的准则。
根据贝叶斯准则得到似然比检验，将似然比函数（转移概率密度函数之比）λ(x)与最佳似然比门限η（由先验概率和判决代价因子确定）比较来判决哪种假设成立。
似然比检测有时可简化为对数似然比检验。
还可进一步化简，使判决表达式左边的检验统计量为观测量x的最简函数。
贝叶斯准则是信号统计检测理论中的通用准则，对各假设的先验概率P(Hj)和各种判决的代价因子cij做某些约束，则得到它的派生准则，如最小平均错误概率准则（先验等概时即为最大似然（ML）准则），最大后验概率（MAP）准则，极小化极大准则，Neyman-Pearson（N-P）准则。
最小平均错误概率准则（Minimum mean probability of error criterion）：使平均错误概率最小的检测准则。
在通信系统中，通常有c00=c11=0, c10=c01=1，即正确判决不付出代价，错误判决代价相同，此时平均代价C恰好就是平均错误概率Pe，贝叶斯准则就转化为其特例形式的最小平均错误概率准则，似然比检验的判决门限为η=P(H0)/P(H1)，似然比函数仍为λ(x)=P(x|H1)/P(x|H0)。
当先验等概时，η=1，判决就表示为两个似然函数P(H0), P(H1)的比较，即转化为最大似然（Maximum Likelihood）准则。
最大后验概率准则（Maximum a posteriori probability (MAP) criterion）：最小平均代价的贝叶斯准则在判决代价满足c10−c00=c01−c11的条件下，其判决式成为P(x|H1)/P(x|H0) P(H0)∕P(H1)（上述最小平均错误概率准则也即为此），最终可表示为P(H1|x)＞＜P(H0|x)，即比较后验概率的大小，就成为最大后验概率准则。
易知，最小平均错误概率准则（因而最大似然准则）是MAP准则的特例，也可以说，在给定的判决代价条件下，两种准则是等价的。
奈曼-皮尔逊准则
在许多情况下，信号的先验概率和代价因子无法知道，如雷达系统要确定目标出现与不出现的概率是困难的，此时无法应用贝叶斯准则，应以检测概率最大为准则，如果用降低检测门限的方法来提高检测概率，但门限降低后又会使虚警概率加大，因此只能在对虚警概率加以限制的条件下，使检测概率最大，这就是奈曼-皮尔逊准则。
极小化极大准则（Minimax Criterion）：在已经给定代价因子cij，但先验概率P(Hj)未知时，为避免产生可能过分大的代价，使极大可能代价极小化的信号检测准则。
其方法是，猜测一
个先验概率P1g用来确定贝叶斯准则的似然比检测门限η=η(P1g)，P1g的选取使得可能产生的极大平均代价最小。
结果是，无论实际先验概率P1为多少，极小化极大准则的平均代价都等于Cminmax（贝叶斯准则的最小平均代价的最大值），而不会产生过分大的代价。
在c00=c11=0条件下，极小化极大方程为c01PM(P1g)= c10PF(P1g)，进一步若c10=c01=1，则为PM(P1g)= PF(P1g)，即P1g的选择使漏检概率和虚警概率相等，此时的极小化极大代价就是平均错误概率PF(P1g)。
最大似然估计
我们已经知道进行贝叶斯估计要用到被估计量的后验概率密度函数，因而必须给出先验概率密度函数和似然函数，如果对被估计参量的分布规律毫无所知，在这种情况下，可采用最大似然估计法。
线性最小均方误差
如果没有关于观测信号矢量x 和被估计矢量θ的概率密度函数先验知识，而仅知道观测信号矢量和被估计随机矢量θ的前二阶矩，即均值矢量、协方差矩阵、互协方差矩阵；在这种情况下，我们要求估计量的均方误差最小，但限定估计量是观测量的线性函数。
最小二乘估计
最小二乘估计由于它不需要任何先验知识，只需要关于被估计量的观测信号模型，就可以实现信号参量的估计。
最小均方误差意义上的最佳滤波器设计需要预先知道前二阶矩。
然而这些统计信息在很多实际应用中无法得到，我们仅能得到输入和期望相应信号的测量值。
为了避免这个问题，我们可以：（1）如果可能的话，从可用的数据估计出需要的二阶矩，从而得到最佳MMSE滤波器的估计；（2）通过最小化性能标准，即可用数据的函数，而设计最佳滤波器。
总结：知道各假设的先验概率P(Hj)，并对每种可能判决给定了代价因子cij的条件下，用贝叶斯准则（以及MAP准则、最小平均错误概率准则、ML准则等）；如果不知道先验概率，可采用极小化极大准则；在不能预知先验概率，也无法对各种判决给定代价因子的情况，如雷达监测，人们最关心判决概率P(H1|H0)和P(H1|H1)，可采用Neyman-Pearson准则。