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统计信号处理基础—估计与检测理论
n信号检测与估计理论的形成与发展
n信号,噪声的随机性及其统计处理方法
n信号检测与估计理论概述
n本课程的性质、内容、基本要求、考试方式、主要参考书
绪论
一、信号检测与估计理论的形成
n第二次世界大战期间,由于军事上的需要,促进了无线电技术的发展。科学家与工程师们发明了雷达、通信、声纳等电子设备,这些先进电子设备的出现和应用,又提出了从噪声中检测与估计信号的问题。经过许多科学家的努
力,在广泛应用概率论与数理统计的基础上,逐步建立了“信号检测与估计理论”。
n下面我们以雷达、声纳、通信等系统为例,说明什么是
“信号检测与估计”问题,同时,通过这些系统的介绍来加深理解“信号检测与估计理论”的实际意义,同时也是后续课程的基本模型。
1、雷达Radar(RadioDetectingand
雷达是一个无线电探测与测距的系统,其基本框图如左所示
1
定时器
Ranging)
7
伺服系统
3天线收发开关
5
接收机
8
电源
6
显示器
2
发射机
天线
4
1、雷达Radar
基本原理——利用物理学中金属对无线电波的反射作用
①、定时器——产生一视频周期脉冲序列
②、发射机——功率放大
③、天线收发开关——一付天线作发和收两用
④、天线——形成窄波束,最有效地把能量辐射到空中
⑤、接收机——解调、功放——视频脉冲信号
⑥、显示器——检测目标,测量目标
的距离和方位
C=3×1010c
⑦、伺服系统——带动天线转动,搜索目标,实现测向任务
⑧、电源——供给能量
接收机本身产生的噪声
结论:对于雷达系统,信号检测与估计问题是一个十分重要的问题
①、大气层、电离层等电磁现象产生的噪声
②、各种电台,电气设备干扰
③、人为干扰
存在问题:
无线电波在空中传播有各种干扰:
1937年英国东海岸的CH雷达站
fc—300MHZ40GHZ
1、雷达Radar
2、声纳Sonar(SoundNavigationandRanging)
声纳(声导航和测距)是指利用水中声波进行探测、定位和通信的电子设备。其基本原理是捕捉、接收水声信息,将水声信号转换成电信号,经过放大处理后,由显示控制台显示定位。
2、声纳Sonar
2、声纳Sonar
声纳是利用声波反射作用探测水中物体的设备
声纳与雷达
n共性:利用目标对波的反射作用,实现对目标的定位(原理相同)
n个性:波传输的介质不同,因此工作频段不同,
Sonar工作于声频段(几十HZ—200KHZ)
声波在海水介质中传播性能最佳,声波是在海水中载荷信息的有效形式。
声波在海水中传播有各种干扰:
①、海水流动声、波涛声
②、各种水生动物声、机器声
接收机本身产生的噪声
Sonar换能器接收到的目标回波实际上也是被噪声污染的信
号,因此存在信号检测与估计问题。
2、声纳Sonar
Radar工作于超短波段(300MHZ以上),其根据是:
①、无线电波反射规律
反射强度
②、天线波束
∞Bλ,B-天线口径
③、高空电离层100-400km有几km电离层
A—反射面积
λ小反射强,易检测到
Aλ
∞
n在人类社会中,人与人之间要互通情报、交换消息,通信就是互通信息,通信的目的就是传递信息。通信系统的模型(电话、电报、传真、电视、广播等)
信源——发信者、发出信息(文字、语言、图片、图像、数据等)
变换——使要传送的信息在信道中有效地传递,在发送端对信息进行必要的加工或处理
信道——沟通信源与信宿的通道,即电信号传输的通道和媒介
反变换——在接收端,为了还原信息,相应地进行反变换
3、通信系统(CommunicationSystems)
信宿——受信者、接收信息者
3、通信系统-框图
换能器
解调
D/A
信道
解码
变换
编码
噪声
信道
信宿
噪声
A/D
信源
调制
换能器
信宿
反变换
信源
接收
发送
厂
换能:现代通信中,传递信息有文字、语言、传真图片、图象、数据等;需要把这些非电量信息→电信号,然后利用电信号传送,实现通信目的,这就需要能量变换,完成这种能量变换的设备称为换能器。
发送端话筒(声电变换)摄象管
接收端耳机、喇叭显象管
A/D变换模拟信号→数字信号D/A变换数字信号→模拟信号
编码:改善信息传输效率(有效性)提高信息传输的可靠性
解码(反变换)
调制与
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