信号检测.ppt
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1、信号检测与处理(信号检测与估计),第一部分随机信号分析 随机变量与特征函数,随机过程统计特性 、平稳性、历经性 随机过程通过线性、非线性系统、,第二部分匹配滤波 傅里叶变换及其应用、输出信噪比最大的线性滤波器、匹配滤波器、 相关接收与匹配滤波器、白化滤波处理方法,第三部分信号检测 信号检测准则、二元信号检测、检测器的性能、多元信号检测 序贯检测、二元已知信号的检测、随机参量信号检测,第四部分信号估计 参量估计贝叶斯估计、最大似然估计、估计量的性质、 线性最小均方误差估计 波形估计波形的简单估计、维纳滤波、卡尔曼滤波,信号检测与估计 绪 论,绪 论电子信息科学学科浅谈、课程内容及安排、信号检测与
2、估计概述,信号检测与估计 绪 论,1 电子学专业浅谈,1、电子学研究的内容,信 号,系 统,电信号 非电类信号 模拟信号 数字信号 离散信号 连续信号 常规信号 奇异信号 确定性信号 随机信号 瞬/稳态、参量,理论模型 实际电路 (分立元件、IC) 模拟系统 数字系统 线性非线性系统 混合系统(非电量模数) 仪器仪表 监控系统 软件模块、算法 虚拟系统 机械电子、电力电子、光电子、微电子,联 系,概括讲,电子学研究内容 信号、系统及其联系,信号检测与估计 绪 论,信号 系统 联系,* 已知输入、系统(模型),求输出信号,举例:,* 已知输入信号和输出信号,求(设计和实现)系统的结构,* 已知系
3、统函数和输出信号,求输入信号, 拿移动电话来说,已知输入是高频信号、输出是语声信息,移动电话的内部系统?, 已知3V入,小灯泡,输出I=?光照度=? 再如,已知10 KV输入电压,变压器,输出=?, 已知雷达模型、并知输出结果是空中有飞机,输入(发射)信号=?时效果最好 !,目的,2、电子学要解决的问题,需要基础知识(通过学习、研究、实验实践等获得),已知信号与系统中的一部分内容,求解未知部分。,具体化:信号可分为输入信号与输出信号,二者与系统的关系如图:,要解决的问题:已知输入信号、输出信号或系统这三个要素中的两个,求解第三个要素。,进一步: 已知三要素中的一部分,求解所关心的部分。,* 已
4、知一部分,求另一部分:已知输入、输出、地层某些信息、一些先验知识,求地层结构、地下矿藏等,信号检测与估计 绪 论,3、模拟电子系统,例如:广播电台,输入信号是语声 , 输出信号是无线电波,收音机正好和广播电台相反,再如:雷达、通信系统,应讨论的问题:,数、物、英、电路信号与系统、半导体基础、电子测量信号检测与估计 模拟电路(高低频)、通信原理、电磁场、微波、天线、传感器等 ASIC ,集成电路设计,不同信号的特性是什么? 各种电路或系统对这些信号能起什么作用?(好、坏),把电路或系统细分根据材料物理特性、选用材料制造D、T 、运放等器件(微电子) 利用D、T、IC 等设计硬件系统(电子工程)
5、研究高频器件、高频电路、天线 等(微波专业) 通信、控制 、机械电子、电力电子、仪器仪表,如何传输模拟信号? 如何减小噪声干扰?如何检测信号是否存在?如何估计信号参数?,应学的课程:,(系统模型),如何求解未知部分?如何设计系统才能满足要求? ,信号检测与估计 绪 论,4、数字电子系统,例如: 加密器输入是明文 ,输出是加密后的暗码,再如: 数字压缩模块,数字通信系统等,应讨论的内容:,如何求解未知部分?如何设计系统才能满足要求? ,不同信号的特性是什么?各种器件、门电路或系统对这些信号能起什么作用?(好、坏),如何传输数字信号?如何压缩、解压?如何存储?如何减小噪声干扰?如何检错、揪错?,应
6、学的课程: 数、物、英、半导体基础、数字电路、脉冲电路、信号与系统、 数字信号处理、数据通信、数据挖掘、器件学习(CPU、PLD、ASIC)、 VHDL ,计算机体系/语言、接口技术,(系统模型、数字滤波器),信号检测与估计 绪 论,5、混合系统: 传感器+模拟系统+数字系统+执行机构,应学的知识:放大、AGC、滤波、 ADCDAC、功放、 接口电路 传感器 信号调理 伺服机构 显示材料(液晶、光敏材料) 机械制图 ,输入 A、D 其它类型 (如声光等),输出 A、D 其它类型 (如显示器等),混合系统,信号检测与估计 绪 论,6、概括电子学专业学习方法,信号与系统的类型: 模拟/数字、离散/
7、连续、高频/低频、确定性/随机性、线性/非线性、一路/多路,分析方法: 时域/频/L/Z/H/小波/同态、瞬态/稳态、确定性分析/统计处理、平滑/预测、零极点分析、端口分析、模拟/仿真、定性/定量、测试测量、实验/实践 ,学习方法:1) 学习基础知识、学习信号特征、小系统特性、建立信号与小系统的 关系,建立必要的概念,掌握常规的小系统; 2) 模拟/仿真、实验/实践; 3) 由小系统到大系统学习,由简单到复杂学习,由小到大设计系统, 从无到有创造/发明出一些东西来。,信号、系统、联系,具体化,应注意,电子学的知识面很广,应根据从事的专业,重点学习和掌握相关的知识,概括讲,分门别类学习 ,掌握分
8、析方法。,(由浅入深,实践实验),信号检测与估计 绪 论,一、内容简介,信号处理基本原理及其应用,着重讨论随机信号统计处理及其与电子系统的关系。,信号处理核心内容:,频谱分析(各种域变换分析)、信号检测、信号估计,事前拟合和事后拟合,预测,归纳、辩识、识别,曲线(面)拟合,第三部分 信号检测信号检测准则、二元信号检测、检测器的性能、多元信号检测 序贯检测、二元已知信号的检测、随机参量信号检测,波形估计波形的简单估计、维纳滤波、卡尔曼滤波 ,第二部分 匹配滤波傅里叶变换的应用、输出信噪比最大的线性滤波器、 匹配滤波器、相关接收与匹配滤波器、白化滤波处理方法,第四部分 信号估计参量估计和波型估计
9、参量估计贝叶斯估计、最大似然估计、估计量的性质、 线性最小均方误差估计,第一部分 随机信号分析随机变量与特征函数,随机过程统计特性 、平稳性、历经性 随机过程通过线性、非线性系统、,2 信号检测与估计概述,以前学习的是对 确定性信号进行处理的一些基本方法,比如时域卷积、域变换分析等;现学的重点是对随机信号处理的原理 和 方法,在一定范围内随机变化的信号,比确定性信号、事件更切合实际。,联系,其它补充内容:线性代数,信号检测与估计 绪 论,二、信号处理的应用领域,探测、语音、图象、视频信号的分析和处理,通信工程、系统工程、模式识别、目标辩识、地球物理工程、航空航天 海洋勘探、交通管理、环境工程、
10、生物医学工程、经济学、社会学,可以说,上至天体、天文;下至地表、地层, 复杂的如生命基因工程、简单的如日常生活。 (概括讲,工、农、商、学、兵),都会用到信号处理的内容,声纳、雷达信号的处理,信号检测与估计 绪 论,三、前导课程 高等数学、随机过程、线性代数、电路分析、信号与系统、模电/数电(包括高频)、 数字信号处理(确定性)、电子测量等 (本课程可在本科高年级阶段开设,在研究生阶段更应该学习、掌握基本内容),四、教材与参考书,教材:信号检测与估计国防科学技术大学 许树声 编著 国防工业出版社,参考书: 随机信号分析基础(第3版)王永德 王军 编著 电子工业出版社 信号与系统郑君里等 高等教
11、育出版社 信号检测与估计 (重点参考书中的随机信号分析章节) 景占荣 羊彦 编著 化学工业出版社 书号:7-5025-5782-2 信号处理 离散频谱分析、检测和估计 美M.许华兹 L.肖 著 科学技术出版社 统计信号处理 刘福声 罗鹏飞 国防科技大学出版社,五、教学方法和成绩: 课堂讲授为主,课题讨论、作业(课题研究)为辅的教学方法 成绩:平时成绩(课堂、作业、讨论等)+期末考试,为什么要进行多次测量?为什么平均值是一个较好的结果?一次测量得出结果可信? 如何求(实现)平均值(模拟信号、数字信号、电路)?,举例:对一个被测量值进行测量时,为保证结果可靠,通常的方法是多次测量。 而多次测量可得
12、到一系列(不太相同的)测量值,通常的做法是把多次测量的 值平均,作为被测量的测量结果。,信号检测与估计 绪 论,六、学习本课程的目的:重点讨论随机信号的信号处理情况,1)从理论上(原理上)回答一些基础性的问题 ,融会、贯穿已学的、将要学习的知识,激发学习兴趣。,2)更深入地理解、掌握以前所学知识的原理,学习一些信号处理方法。 如匹配滤波的作用、锁相环是如何导出的。,3)掌握一些处理实际问题的方法,如利用FFT求某些信号的特征参数,4)从理论上推导出一些重要的结论,例如对某种通信,发送0、1,收到0.6 ,判别为0,5)学习一些建模方法并构造实现系统的结构, 如根据实际需要,建立合适的数学模型或
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