Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике 4.9. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗДЕЛЬНЫХ И СОВМЕСТНЫХ ОЦЕНОК ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВДля иллюстрации основных соотношений, полученных в этой главе, рассмотрим несколько конкретных примеров. Заметим, что приведенные ниже результаты могут также представлять самостоятельный интерес. 1. Оценка ширины энергетического спектра стационарного случайного процесса на фоне белого шума. Положим, что полезный сигнал
где Смещение и дисперсия оценки определяются формулами
Для сокращения вычислений смещение оценки параметра определим с учетом второго приближения, а дисперсию оценки — с учетом лишь первого приближения (первое слагаемое в правой части формулы (4.1.21)). При этом для дальнейшей записи обозначим Величины и необходимые для вычисления смещения и дисперсии оценки, согласно (4.1.22) равны
Отсюда, подставляя значения и в формулы для смещения и дисперсии оценки, имеем
Если дисперсии оценки параметра а упрощаются:
При
На рис. 4.9.1. и 4.9.2 приведены соответственно зависимости относительного смещения
Рис. 4.9.1. Зависимость относительного смещения оценки «ширины» энергетического спектра случайного процесса от
Рис. 4.9.2. Зависимость относительной ошибки оценки «ширины» энергетического спектра случайного сигнала от Структурную схему оценки параметра а флуктуирующего сигнала (рис. 2.6.2) можно несколько упростить, вычислив заранее вид сигнала
где 2. Оценка центральной частоты узкополосного нормального случайного процесса при приеме на фоне белого шума. В большом числе прикладных задач возникает необходимость точной оценки несущей частоты или доплеровских сдвигов частоты «нормально флуктуирующих по амплитуде и фазе» узкополосных радиосигналов при приеме их на фоне белого шума. Подобная задача сводится к задаче оценки центральной частоты энергетического спектра узкополосного нормального случайного процесса на фоне белого щума. Пусть на вход приемного устройства поступает реализация смеси сигнала и щума
к белого шума с функцией корреляции
где В соответствии с (2.6.19) логарифм функционала отношения правдоподобия можем записать в виде
Здесь
где
Следовательно, логарифм функционала отношения правдоподобия (4.9.5) с точностью до постоянного слагаемого совпадает с выходным сигналом оптимального приемника (2.6.25) и оптимальное устройство должно определять оценку
Функция
где
Таким образом, оценка параметра
причем Вычислим смещение и дисперсию оценки центральной частоты энергетического спектра сигнала, ограничившись первым приближением. Согласно § 4.1 в первом приближении оценка максимального правдоподобия несмещенная, а дисперсия ее определяется выражением где величина
Отсюда формула для дисперсии оценки центральной частоты имеет вид
Вычислим дисперсию оценки для узкополосного радиосигнала с огибающей коэффициента корреляции вида
Подставив это выражение в формулу для дисперсии оценки параметра
Здесь, как и в
Если
т. е. дисперсия оценки центральной частоты энергетического спектра случайного сигнала обратно пропорциональна произведению времени наблюдения и времени корреляции полезного сигнала. На рис. 4.9.3 приведена зависимость относительной ошибки 3. Вычислим дисперсию оценки временного положения
в помехах типа белого и узкополосного нормальных шумов. При приеме сигнала в белом шуме со спектральной плотностью
где
— отношение сигиал/помеха. Поскольку отношение сигнал/помеха не зависит от оцениваемого незиергетического параметра, формула для дисперсии опенки временного положения согласно (4.2.19) имеет вид
Из этой формулы видно, что второе слагаемое в скобках В случае приема колокольного радиосигнала (4.9.10) в аддитивной узкополосной помехе с функцией корреляции вида (2.3.5) в соответствии с (2.5.30) и (2.3.7) сигнальная функция (при
Здесь
— эффективное отношение сигиал/помеха, численно равиое удвоенному отношению энергии сигнала к эквивалентной мощности помехи на единицу эффективной полосы частот помехи.
Рис. 4.9.3. Зависимость относительной ошибки оценки центральной частоты слехтра узкополосиого случайного сигнала от Для рассматриваемой узкополосной помехи Дисперсия оценки временного положения в первом приближении (4.2.20) определяется формулой
При этом если Представляет интерес найти соотношение между параметрами и и в зависимости от расстройки центральных частот спектров сигнала и помехи помехи и характеристик сигнала дисперсия оптимальной оценки максимальна. Для этого, максимизируя (4.9.14) по а, имеем
При этом максимальное значение дисперсии оценки временного положения
На рис. 4.9.4 показана зависимость относительной дисперсии Уменьшение дисперсии оценки
Рис. 4.9.4. Зависимость относительной дисперсии оценки временного положения от 4. Вычислим дисперсию оценки временного положения
где Сигнальная функция и первое приближение для дисперсии оценки, вычисленные в соответствии с (2.5.30) и (4.2.20), имеют вид
где отнощение сигнал/помеха
— коэффициент укорочения При 5. Определим дисперсию оценки частоты
на фоне аддитивного белого шума со спектральной плотностью Сигнальная функция и дисперсия оценки частоты
При приеме колокольного радиосигнала в аддитивной узкополосной помехе, функция корреляции которой определяется выражением (2.3.6), сигнальная функция частоты
где
— расстройка центральной частоты спектра узкополосной помехи относительно центральной частоты спектра узкополосиого радиосигнала со смещением частоты Полагая в
которое зависит от оцениваемого параметра Таким образом, при приеме узкополосиого радиосигнала на фоне коррелированной помехи параметр
где Найдем произведение
При этом максимальное значение дисперсии оценки частоты определяется выражением
На рис. 4.9.5 приведена зависимость относительной дисперсии оценки частоты
Рис. 4.9.5. Зависимость дисперсии оценки частоты от Уменьшение дисперсии оценки при изменении а (4.9.27) можно объяснить так же, как в п. 3 при вычислении характеристик оценки временного положения колокольного радиоимпульса на фоне узкополосной помехи. 6. Вычислим смещение и дисперсию оценки максимального правдоподобия амплитуды
при приеме на фоне стационарной нормальной помехи. Ненормированная сигнальная функция
где
— отношение сигнал/помеха для принятого сигнала;
Вычисляя производные, входящие в (4.3.35) и (4.3.36), получаем, что оценка амплитуды несмещенная, а дисперсия оценки амплитуды равна
т. е. отличается от дисперсии оценки амплитуды известного сигнала (3.5.24) только во втором приближении. 7. Вычислим смещение и дисперсию оценки длительности
при приеме на фойе белого шума со спектральной плотностью
где
Вычисляя значение производных в (4.3.35) и (4.3.36), получаем смещение
Из этих выражений видно, что при фиксированных энергии сигнала и спектральной плотности шума 8. Рассмотрим оценку несущей частоты
при приеме на фоне белого шума с односторонней спектральной плотностью
Соответственно из
где
Здесь При Если
Выходной сигнал приемника для приема радиосигнала с равномерно распределенной начальной фазой в соответствии с (4.4.20) имеет вид
Сравнение формулы (4.9.35) с первым приближением (3.5.7) показывает, что отсутствие априорной информации о величине начальной фазы ведет к увеличению дисперсии оценки частоты в четыре раза. Физически увеличение дисперсии оценки смещения частоты в рассматриваемом случае можно объяснить тем,
Рис. 4.9.6. Зависимость коэффициента На рис. 4.9.6 приведены зависимости 9. Рассмотрим совместную оценку временного положения то и частоты
на фоне белого шума. Сигнальная функция параметров
где В соответствии с выражением (4.7.6) дисперсии и коэффициент взаимной корреляции оценок частоты и временного положения колокольного радиоимпульса определяются формулами
где коэффициент укорочения по длительности определен в (4.9.20). Из этих формул видно, что дисперсия оценки временного положения радиоимпульса в отличие от оценки этого же параметра при известной частоте (4.9.19) не зависит от коэффициента укорочения ЧМ радиоимпульса, а следовательно, и диапазона частотной модуляции, характеризуемой параметром
Рис. 4.9.7, Рельеф сигнальной функции при совместной оценке временного положения а частоты радиоимпульса с линейной частотной модуляцией
Рис. 4.9.8. Рельеф сигнальной функции при совместной оценке временного положения и частоты колокольного радиоимпулъса. Как и в отсутствие частотной модуляции, дисперсия определяется формой огибающей радиоимпульса. Дисперсия оценки частоты прямопропорциональца квадрату коэффициента укоро-, чения радиоимпульса. При большом значении коэффициента укорочения радиоимпульса коэффициент корреляции оценок близок к единице, т. е. оценки На рис. 4.9.7 показан рельеф нормированной сигнальной функции
представляющий «вал», максимальное значение которого «медленно» убывает ошибок при совместной оценке На рис. 4.9.8 показан рельеф нормированной сигнальной фуикцнн при 10. Совместная оценка частоты
при приеме на фоне белого шума со спектральной плотностью Сигнальную функцию
Интегралы в круглых скобках в элементарных функциях не выражаются. Поэтому найдем необходимые производные от сигнальной функции непосредственно из (4.9.43)
Подставляя значения производных в
Дисперсии раздельных оценок при этом находятся из формулы
Из сравнения дисперсий совместных и раздельных оценок виднм, что за счет сильной корреляции оценок (информация о
|
1 |
Оглавление
|