- •1. Введение
- •2. Типы решаемых задач
- •3. Проверка статистических гипотез
- •4. Критерии качества и правила принятия решений
- •4.1. Проверка двухальтернативных гипотез
- •4.1.1. Критерий Байеса
- •4.1.2. Минимаксный критерий
- •4.1.3. Критерий максимума апостериорной вероятности
- •4.1.5. Критерий Неймана-Пирсона
- •4.1.4. Критерий максимума правдоподобия
- •4.1.6. Последовательный критерий отношения вероятностей (Последовательный анализ Вальда)
- •4.1.7. Различение сигналов
- •5. Обработка непрерывных сигналов
- •5.1 Функционал правдоподобия
- •5.2 Применение функционала отношения правдоподобия для обнаружения полностью известного сигнала
- •5.3 Применение функционала отношения правдоподобия для обнаружения сигнала со случайной фазой
- •5.3.1. Расчет вероятностей ошибок
- •6. Оценка параметров сигнала
- •6.1. Свойства оценок параметров сигнала
- •6.2 Неравенство Рао-Крамера
- •7. Применение функционала отношения правдоподобия для оценки параметров сигнала
- •7.1. Оценка временного положения сигнала
- •7.2 Обработка пачки сигналов
- •7.3 Реализация алгоритма оценки временного положения сигнала
- •7.3.1 Корреляционный приёмник
- •7.3.2 Согласованный фильтр
- •Библиография
5. Обработка непрерывных сигналов
5.1 Функционал правдоподобия
Ранее
рассматривалась проблема проверки
гипотез с использованием выборок в
дискретные моменты времени
и функции правдоподобия. Однако в
некоторых задачах удобнее пользоваться
непрерывным описанием случайного
процесса
.
Для этой цели вводятся функционал
правдоподобия и функционал отношения
правдоподобия. Так же положим, что
выборочные значения шума распределены
по нормальному закону с математическим
ожиданием, равным нулю, и ковариационной
матрицей
порядка
с элементами![]()
=
:
,
(5.1)
где
=
,
– матрица, обратная матрице
,
– определитель матрицы
.
Элементы
обратной матрицы
равны
,
где
– алгебраическое дополнение к элементу
матрицы
.
В
зависимости от вида корреляционной
функции шума, детерминант
,
зависящий от свойств шума и являющийся
функцией числа наблюдений и интервала
дискретизации
,
при
,
(
),
принимает всевозможные значения от
нуля до бесконечности.
Пример.
1)
Шум имеет спектральную плотность
мощности, равную
,
.
Корреляционная функция такого процесса
равна
.
Если
взять отсчеты через интервал времени
,
значения дискретной последовательности
будут независимыми и
=
.
Коэффициент перед экспонентой в выражении
(5.1) обращается в нуль при
.
2) Положим корреляционная функция шума равна
,
а
отсчеты взяты с интервалом
,
где
– интервал наблюдения. Тогда
=
и коэффициент перед экспонентой в
выражении (5.1) стремится к бесконечности
при
.
Ч
тобы
избежать рассмотренной неопределенности,
используют не функционал правдоподобия,
а функционал отношения правдоподобия.
В этом случае исчезает коэффициент
перед экспонентой.
Рассмотрим
шум
как стационарный случайный процесс со
значениями, распределенными по нормальному
закону, и математическим ожиданием,
равным нулю, ковариационной функцией
.
Время
наблюдения ограничено интервалом
.
Сигнал и шум на интервале наблюдения
аддитивны и независимы:
Рис.
5.1 Последовательность прямоугольных
импульсов
Построим
разложение
по ортогональным функциям
:
.
(5.3)
Выберем
(субъективно) в качестве ортогональных
функций
последовательность не перекрывающихся
прямоугольных импульсов, (рисунок 5.1),
длительностью
и удовлетворяющих условиям:
(5.4)
а
случайную величину
определим как
,
.
(5.5)
Из
выражения (5.5) видно, что отсчеты
– средние значения процесса
на интервале дискретизации
.
Пользуясь
определениями (5.2) и (5.5), запишем значения
отсчетов шума и сигнала, которые также
представляют средние значения шума
и сигнала
на интервале дискретизации![]()
,
.
(5.6)
Определим
математическое ожидание и дисперсию
отсчетов шума
![]()


Этот
интеграл не равен нулю только лишь
тогда, когда интервалы
и
перекрываются. Так как интервалы
дискретны, то для их перекрытия должно
выполняться равенство
и
(5.7)
Дисперсия
случайной величины
не зависит от состояния источника.
Действительно
.
При
решении задачи обнаружения сигнала на
вход приемника поступает либо шум
(состояние источника
,
т.е. сигнал
),
либо смесь шума и сигнала (состояние
источника
,
т.е. сигнал
).
В зависимости от состояния источника
получаем реализации на входе приёмника

где
– реализации шума,
– реализации сигнала.
По полученным результатам отсчетов для двух состояний источника строится отношение функций правдоподобия


=
.
(5.8)
Заменим
дисперсию отсчета
на
и получим
![]()
.
(5.9)
Напомним,
за время наблюдения
производится
отсчётов, каждый отсчет имеет длительность
.
Оставляя время наблюдения постоянным,
устремим длительность импульса к нулю.
Тогда число отсчётов будет возрастать.
При условии:
1)
сумма
сходится по вероятности к интегралу
,
2)
существует интеграл
,
из (5.9) получим выражение, называемое функционалом отношения правдоподобия
.
(5.10)
При
проверке статистических гипотез о
состоянии источника сигналов логарифм
функционала отношения правдоподобия
так же, как и при дискретных выборках,
сравнивается с порогом
,
соответствующего заданному критерию,
.
(5.11)
Значимость и мощность критерия определяются как
,
(5.12)
