好书推荐（附样章下载）——《信号检测与估计——原理及应用》

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书名：信号检测与估计——原理及应用
作者：齐国清
定价：56
出版日期：2011-1-6
内容简介：噪声背景中信号的检测与参数估计技术是雷达、声呐、通信等领域信号处理中的重要问题。本书系统地介绍了信号检测与参数估计的基本原理，结合作者本人的研究成果介绍了信号检测与估计在船舶导航雷达信号处理及正弦信号参数估计中的应用。主要内容包括：随机过程与噪声基本知识、信号检测理论、波形检测理论、信号参量估计基本理论、信号波形估计、信号检测与估计在船舶导航雷达中的应用、正弦信号频率估计技术等。部分章节在理论分析的基础上给出了计算机仿真实验结果及仿真程序，便于读者理解和应用。
读者对象：本书可供雷达、声呐、通信、卫星导航及相关领域的工程技术人员参考，也可作为上述专业的研究生教材。
本书特色：本书的突出特点是用流畅的文字对经典理论进行的重新解读，实例丰富。体现了作者多年的教学和实践经验，具有很强的指导性。可供通信、雷达、信号处理相关领域的工程技术人员参考，也可用作本科高年级和研究生教材。
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目    录
第1章  随机过程与噪声基本知识 1
1.1  引言 1
1.2  随机变量的基本知识 1
1.2.1  随机事件与概率 1
1.2.2  随机变量的分布函数 2
1.2.3  随机变量的统计特征 6
1.2.4  多维高斯分布随机变量 8
1.2.5  随机变量函数的概率密度函数 8
1.3  随机过程的基本知识 9
1.3.1  随机过程的概念 9
1.3.2  随机过程的分布函数 9
1.3.3  随机过程的数字特征 9
1.3.4  随机过程的平稳性和遍历性 12
1.3.5  平稳随机过程的功率谱密度 14
1.3.6  平稳随机过程通过线性系统的输出 15
1.4  高斯过程与白噪声 16
1.4.1  高斯过程 17
1.4.2  白噪声 18
1.5  窄带高斯过程 20
1.5.1  希尔伯特变换与解析过程 20
1.5.2  窄带随机过程 24
1.6  白噪声的采样及信噪比的计算 29
1.7  白噪声的希尔伯特变换 32
1.7.1  理想实白噪声过程的希尔伯特变换 32
1.7.2  带限白噪声的希尔伯特变换 33
1.8  高斯白噪声序列的离散傅里叶变换 35
1.9  蒙特卡洛模拟与重要采样 36
1.9.1  蒙特卡洛试验原理 36
1.9.2  随机数的产生 39
1.9.3  重要采样原理 42
参考文献 48
第2章  信号检测理论 49
2.1  引言 49
2.2  二元假设检验及判决准则 49
2.2.1  二元假设检验基本概念 49
2.2.2  贝叶斯准则 50
2.2.3  最小总错误概率准则 54
2.2.4  最大后验概率准则 55
2.2.5  极大极小化准则 58
2.2.6  奈曼—皮尔逊准则 59
2.3  多元信号的检测 61
2.3.1  贝叶斯准则 61
2.3.2  最大后验概率准则 62
2.3.3  最大似然函数准则 63
2.4  复合假设检验 64
参考文献 73
第3章  波形检测理论 74
3.1  引言 74
3.2  高斯白噪声中二元确知信号的检测 74
3.2.1  二元通信系统 74
3.2.2  最佳二元通信系统接收机检测性能 76
3.2.3  最佳二元通信系统接收机与实际接收机的对比 79
3.2.4  最佳接收机的仿真 81
3.2.5  ASK信号的自相关接收 84
3.3  匹配滤波器理论 86
3.3.1  输出信噪比最大的线性滤波器 86
3.3.2  白噪声背景下的匹配滤波器 88
3.3.3  色噪声背景下的匹配滤波器 89
3.3.4  相关接收机与匹配滤波器的比较 91
3.3.5  匹配滤波器仿真 93
3.4  高斯白噪声中随机参量二元信号的检测 95
3.4.1  高斯白噪声中随机相位2ASK信号的检测 95
3.4.2  高斯白噪声中随机相位和随机幅度2ASK信号的检测 99
3.4.3  雷达系统检测性能及计算机仿真 101
参考文献 103
第4章  信号参量估计基本理论 105
4.1  引言 105
4.2  贝叶斯估计 106
4.2.1  最小均方误差估计 107
4.2.2  条件中位数估计 107
4.2.3  最大后验估计 108
4.3  最大似然估计 109
4.4  估计量的性质 109
4.4.1  无偏性 109
4.4.2  有效性 110
4.4.3  一致性 110
4.4.4  估计量均方误差的Cramer-Rao下限 110
4.4.5  多参量联合估计的性能 122
4.5  线性均方估计 125
4.5.1  单参量线性最小均方估计 126
4.5.2  多参量线性最小均方估计 128
4.6  最小二乘估计 129
4.6.1  线性最小二乘估计 130
4.6.2  加权线性最小二乘估计 131
参考文献 132
第5章  信号波形估计 133
5.1  引言 133
5.2  维纳滤波器原理 134
5.2.1  最佳线性滤波器 134
5.2.2  维纳—霍夫方程 135
5.2.3  非因果系统维纳—霍夫方程的求解 135
5.2.4  因果系统维纳—霍夫方程的求解 136
5.2.5  离散时间系统的维纳滤波器 140
5.3  维纳滤波器仿真实例 142
5.3.1  信号模型 142
5.3.2  非因果维纳滤波器的系统函数和冲激响应 144
5.3.3  因果维纳滤波器的系统函数和冲激响应 144
5.3.4  因果维纳预测滤波器的系统函数和冲激响应 146
5.3.5  因果维纳平滑滤波器的系统函数和冲激响应 147
5.3.6  离散维纳滤波器的时域解 151
5.3.7  仿真实验结果 153
5.4  卡尔曼滤波器 157
5.4.1  离散线性系统的数学模型 158
5.4.2  正交投影定理 161
5.4.3  卡尔曼滤波方程 163
5.4.4  卡尔曼滤波的计算过程 167
5.4.5  离散卡尔曼滤波器的特点 168
5.4.6  标量卡尔曼滤波器 169
参考文献 171
第6章  信号检测与估计在船舶导航雷达中的应用 172
6.1  引言 172
6.2  船舶导航雷达杂波CFAR处理 172
6.2.1  雷达杂波及分布 172
6.2.2  恒虚警率检测原理 173
6.2.3  恒虚警率损失 175
6.2.4  CA-CFAR检测器 179
6.2.5  CA-CFAR检测器存在的问题及其改进 181
6.2.6  对数正态CFAR检测器 185
6.3  船舶导航雷达信号积累检测 188
6.3.1  积累检测原理 190
6.3.2  滑窗检测器 191
6.3.3  反馈积累检测器 192
6.4  船舶导航雷达运动目标跟踪 193
6.4.1  基于α-β滤波器的雷达运动目标跟踪 194
6.4.2  基于卡尔曼滤波器的雷达运动目标跟踪 200
6.4.3  卡尔曼滤波器与α-β滤波器对比 205
6.4.4  航迹相关与航迹外推 208
参考文献 209
第7章  正弦信号频率估计技术 211
7.1  引言 211
7.2  复正弦信号参数的ML估计及方差下限 213
7.2.1  复正弦信号参数的最大似然估计 213
7.2.2  复正弦信号参数估计的Cramer-Rao方差下限 216
7.2.3  频率估计的信噪比阈值效应 217
7.3  基于瞬时相位的频率和初相估计方法 219
7.4  基于相位差的频率估计方法 222
7.4.1  Kay方法 222
7.4.2  L-W方法 231
7.5  基于相关函数相位的频率估计方法 232
7.5.1  L-R-P方法 232
7.5.2  L-R方法 237
7.5.3  Fitz方法 245
7.6  基于相关函数相位差的频率估计方法 251
7.7  基于DFT相位的频率和初相估计方法 257
7.7.1  单一正弦信号的DFT及频率粗估计 257
7.7.2  利用DFT相位估计频率和初相的原理 258
7.7.3  利用DFT相位估计频率和初相的精度分析 259
7.7.4  信号中间点相位的估计 262
7.8  DFT幅度插值法频率估计原理及精度分析 265
7.8.1  Rife-Jane方法频率估计原理 265
7.8.2  Rife-Jane方法频率估计精度分析 266
7.8.3  Quinn频率估计方法 271
7.9  FMCW液位测量雷达测距原理 274
7.9.1  FMCW雷达信号 274
7.9.2  FMCW雷达距离估计的方差下限 275
7.9.3  FMCW雷达距离测量原理 276
7.9.4  FMCW雷达距离测量精度分析 279
7.10  离散实正弦信号参数的ML估计及Cramer Rao方差下限 281
7.10.1  离散实正弦信号参数估计的Cramer Rao方差下限 281
7.10.2  实正弦信号序列参数的ML估计 284
7.10.3  加窗对实正弦信号频谱泄漏的抑制作用 285
参考文献 287
第8章  维纳滤波器在逆滤波问题中的应用 289
8.1  逆滤波问题 289
8.2  维纳滤波器在图像复原中的应用 291
8.3  维纳滤波器在信道均衡中的应用 294
参考文献 299
附录A 300
附录A.1  利用重要采样技术计算标准正态分布Q(Y)的Matlab程序 300
附录A.2  二元调制最佳接收机的Matlab仿真程序 302
附录A.3  匹配滤波器对正弦信号的响应的Matlab仿真程序 305
附录A.4  雷达信号检测的Matlab仿真程序 307
附录A.5  维纳滤波器的Matlab仿真程序 311
附录A.6  雷达运动目标跟踪-滤波和Kalman滤波的C程序 316
附录A.7  复正弦信号频率频率估计的Matlab程序 325
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前    言
噪声背景中的信号检测及信号参数或波形估计，也称为统计信号处理或随机信号处理，是雷达、数字通信以及卫星导航等领域的系统设计和性能分析的重要理论基础和工具，并在声呐、自动控制、数字图像处理以及振动信号处理、生物信号处理等领域得到广泛应用。
本书是在作者多年讲授“信号检测与估计”、“维纳滤波器与卡尔曼滤波器”、“船舶导航雷达信息处理”等研究生课程的基础上，参考国内外有关著作和教材，并根据多年在船舶导航雷达、通信、数字图像处理等领域的研究成果而撰写的。
本书第1~5章为信号检测与估计的基本原理，第6~8章介绍这些基本原理在通信、雷达和数字图像处理等领域的应用。
第1章在介绍随机过程基本知识的基础上，对噪声分析进行了重点介绍，包括白噪声的采样及信噪比的计算、白噪声的希尔伯特变换以及高斯白噪声序列的离散傅里叶变换等。计算机仿真技术在通信、雷达等领域的应用越来越普遍，第1章最后对蒙特卡洛模拟与重要采样原理进行了介绍。
第2章介绍经典信号检测理论，包括二元假设检验问题的常用判决准则、多元信号的检测以及复合假设检验等。
第3章介绍波形检测理论，主要内容包括高斯白噪声中二元确知信号检测、匹配滤波器理论以及高斯白噪声中随机参量二元信号检测等。本章结合2PSK信号对最佳二元通信系统接收机与实际相干接收机的性能进行了分析和对比，对最佳接收机和匹配滤波器进行了仿真实验。
第4章介绍信号参量估计的基本理论，包括基于贝叶斯估计理论的最大后验估计和最大似然估计原理、计量的性质，以及常用的两种线性估计方法—— 线性均方估计和最小二乘估计等。
第5章介绍信号波形估计理论，即维纳滤波器和卡尔曼滤波器，并通过一个仿真实例详细介绍了非因果维纳滤波器、因果维纳滤波器以及离散维纳滤波器的设计过程，通过仿真实验结果对上述几种维纳滤波器的性能进行了分析。
第6章介绍信号检测与参数估计技术在船舶导航雷达杂波处理、目标检测中的应用以及卡尔曼滤波器在雷达运动目标跟踪中的应用。
通信、导航、雷达和振动信号处理等领域经常涉及正弦信号参数估计问题。由于直接求正弦信号参数的最大似然估计算法复杂，不利于实时信号处理，工程实践中需要正弦信号参数的高精度、快速估计算法。本书第7章首先对正弦信号频率估计的时域方法和频域方法进行了详细的讨论，并通过理论分析和计算机仿真实验对各种方法的性能进行了分析和比较；然后介绍了正弦信号参数估计在FMCW液位测量雷达中的应用；最后对实正弦信号参数估计的方差下限进行了研究。
第8章结合图像恢复和信道均衡，介绍维纳滤波器在逆滤波问题中的应用。
全书在理论分析的基础上，给出了部分章节内容的计算机仿真实验结果和仿真程序，便于读者参考；仿真程序源代码可从华信教育资源网（www.hxedu.com.cn）免费注册后下载使用。
本书的编写得到“大连海事大学研究生教育教学改革研究课题和研究生创新课程建设项目(2009YK04)”的资助，作者对此表示感谢。
大连海事大学邹坤老师和硕士研究生臧晓蕾同学完成了本书部分书稿的录入工作，在此一并表示感谢。
书中引用了很多学者的论著和论文的内容，作者向他们表示衷心感谢。
由于作者水平有限，书中错误之处在所难免，恳请读者批评指正。

编著者           
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