信号检测,假设检验

最近在看信号检测相关原理,主要参考的资料是《现代信号处理》第三版张贤达著,和国防科技大学-随机信号分析与处理(国家级精品课)_哔哩哔哩_bilibili。

从二元假设(假设随机变量服从均值\mu,方差\sigma^{2 }的正态分布)出发,了解假设检验的概念和过程。

首先二元检测问题的决策理论空间

信号检测,假设检验_第1张图片

该过程表示为:信号空间经过信道传输,与加性噪声混合得到一组观测数据y,利用这组观测数据(随机变量)得到决策统计量t=g(y)(如计算观测数据的平均值),决策统计量又称决策函数,常用决策函数为似然比函数\frac{p(y|H0)}{p(y|H1)}。当决策统计量大于某阈值Th时,接受H1假设检验为真,小于阈值Th时,接收H0假设检验为假。决策空间D以阈值Th为界,分成两个子空间。

几个概念:

贝叶斯公式p(\theta|data)=\frac{p(data|\theta)\times p(\theta)}{p(data)},其中p(\theta|data)为后验概率,贝叶斯最后为了求后验概率,利用根据数据观测到的似然函数p(data|\theta)和先验概率p(\theta)和数据概率,往往p(data)不易得到,在不同的实验中p(data)是相同的,所以很多时候用似然比作为判决门限。

例子:极大似然估计与最大后验概率估计 - 知乎

1.先验概率:根据以往的经验和分析得到的概率。

2.后验概率:反映决策者在获得样本信息y_{1},y_{2},..,y_{N}后对随机事件H_{i}是否发生的自信程度。

3.似然函数:书里定义为p(y_{1},y_{2},..,y_{N}\mid H_{i})为观测数组y_{1},y_{2},..,y_{N}的似然函数,表示随机事件H_{i}发生后观测到的随机样本y属于随机事件{\color{Red} H_{i}}的样本数据似真度

4.分布函数(probability distribution function, PDF):分布密度函数在-\inftyx的积分。

5.分布密度函数(distribution density function):条件分布密度函数经常表示为似然函数p(y_{n}\mid H_{i})=\frac{1}{\sqrt{2\pi}\sigma }e^\frac{-(y_{n}-\mu_{i})^{2}}{2\sigma^2}均值为\mu _{i},方差为\sigma^2

6.误差函数(error fucntion, erf)和补余误差函数(complementary error function,erfc):erf(z)=\frac{2}{\sqrt{\pi}}\int_{0}^{z}e^{-t^2}dterfc(z)=\frac{2}{\sqrt{\pi}}\int_{z}^{\infty}e^{-t^2}dt=1-erf(z)。用来计算检测概率和错误概率。

7.Q函数:高斯分布的右尾面积,Q(x)=\frac{1}{\sqrt{2\pi}}\int_{x}^{\infty}e^{-t^2}dt \,\,x\geq 0Q(x)=\frac{1}{2}erfc(\frac{x}{\sqrt{2}})=1-\frac{1}{2}erf(\frac{x}{\sqrt{2}})

8.虚警,第一类错误概率。P_{F}=\alpha =P(g>Th\mid H_{0})=\int_{Th}^{\infty}p(g\mid H_{0})dg

9.漏警,第二类错误概率。P_{M}=\beta =P(g<Th\mid H_{1})=\int_{-\infty}^{Th}p(g\mid H_{1})dg

10.检测概率。包括H_{0}H_{1}被正确检测的概率。P_{D}=p_{0}P_{D0}+p_{1}P_{D1},先验概率乘以似然概率相加的结果。同理错误概率为P_{E} = p_{0}P_{F}+p_{1}P_{M} = p_{0}\alpha+p_{1}\beta。正确和错误概率相加为1P_{D}+P_{E}=1

几种准则:

1.Neyman-Pearson(奈曼-皮尔逊)准则:虚警率限定在一定水平而使检测概率最大

2.一致最大功效准则:追求阈值和备择假设的参数无关

3.贝叶斯准则:决策风险最小

        3.1最小错误概率准则

        3.2最大后验概率准则

        3.3极大极小准则

信号检测,假设检验_第2张图片

 

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