隨機信號分析與處理-隨機信號分析與處理課程概述【國防科技大學】

1、隨機信號分析與處理主講教師：羅鵬飛教授 張文明副教授聯(lián)系 ：73488（O)（羅） （張） 郵箱： Random Signal Analysis and Processing本次課的教學內(nèi)容課程發(fā)展的歷史課程學習的必要性課程學習的目標課程的教學內(nèi)容課程的教學組織和安排如何學好本課程隨機變量基礎一、課程發(fā)展的歷史沿革無線電系統(tǒng)的噪聲理論統(tǒng)計無線電理論（60）信號檢測與估計（60）隨機信號分析（60）信號檢測與估計（40）隨機信號分析與處理（80） (60)（70年代末-90年代初）（50-70年代）（90年代初-2001年）（2002年-）二、課程的重要性1.從課程研究對象分析每天我們都要遇到許

2、多各種類型的信號，許多信號是不能用解析的表達式（Analytical Expression) 或者確定的方式(Deterministic Manner)來建模。Such as Speech WaveformsCommunication SignalsBiological SignalsSeismological Signals Passive Sonar RecordsTemperature Histories.How do we model them?Random processes are basic in the field ofElectrical and computer scien

3、ce engineering(Especially in Communication, Radar, Navigation, Computer Vision, Digital Signal Processing)Vibrational theorySeismological signal processingEconomic dataBiomedical signal processing and controlSignal in real world can be classified as two typesDeterministic SignalRandom SignalStochast

4、ic SignalA Deterministic Signal is a signal in which each value of the signal is fixed and can be determined by a mathematical expression, rule, or table.The future values of the signal can be calculated from past values with complete confidence.A random signal has a lot of uncertainty about its beh

5、aviorThe future values of a random signal cannot be accurately predicted and can usually only be guessed based on the averages of sets of signals.正弦信號調(diào)制信號周期性脈沖信號雷達接收機的噪聲鳥叫聲爆破信號實際中的信號移動通信 衛(wèi)星通信 通信中的隨機信號信源信宿噪聲信道傳輸發(fā)送設備接收設備通信系統(tǒng)模型 兩個基本問題:如何可靠地傳輸信息?如何有效地傳輸信息?雷達發(fā)射機收發(fā)轉(zhuǎn)換開關雷達接收機接收機輸出接收機輸出噪聲兩個基本問題:如何檢測回波信號如何估計信

6、號的參數(shù)統(tǒng)計思維方法：從不確定中把握確定性大量樣本平均展示出的特征：均值方差PDF隨機信號：一類隨時間變化的、且變換規(guī)律帶有許多不確定性的信號。隨機信號分析分析信號的統(tǒng)計規(guī)律分析信號通過系統(tǒng)后統(tǒng)計規(guī)律的變化隨機信號的處理噪聲背景下最佳地提取有用信息。2. 從課程體系分析電磁場系列電路系列計算機及其應用系列信號處理系列課電類本科專業(yè)基礎系列課 信號處理系列信號處理與系統(tǒng)（上）（信號與系統(tǒng)）信號處理與系統(tǒng)（下）（數(shù)字信號處理）隨機信號分析與處理 信號與系統(tǒng)數(shù)字信號處理隨機信號分析與處理現(xiàn)代通信原理模式識別雷達系統(tǒng)圖像處理信息論編碼現(xiàn)代數(shù)字信號處理自適應信號處理統(tǒng)計信號處理時頻分析小波分析我院信號分

7、析與處理課程體系結構專業(yè)基礎課專業(yè)課程研究生課程定位于學科專業(yè)基礎課軍用電子信息技術核心理論基礎在課程體系中起承上啟下的作用,對學科支撐作用明顯三、課程學習的目標通過學習隨機信號分析的基本理論，要學會運用概率的方法分析隨機信號的統(tǒng)計特性，結合信號與系統(tǒng)的理論掌握隨機信號通過系統(tǒng)的分析方法。要系統(tǒng)地掌握電子系統(tǒng)中遇到的一些典型的隨機過程，如正態(tài)隨機過程、窄帶隨機過程、馬爾可夫過程等的特點，并在實際中能夠熟練的運用。隨機信號分析信號檢測與估計通過檢測與估計理論的學習要掌握假設檢驗的基本概念、基本判決準則。要能夠把假設檢驗的數(shù)學理論應用于噪聲中信號檢測問題中，解決雷達、通信中常見的檢測問題，并能分析

8、檢測器的性能。通過估計理論的學習，掌握參數(shù)估計的基本方法、基本估計準則，掌握評價估計量好壞的性能指標。 掌握知識隨機過程的概念,統(tǒng)計描述隨機過程通過線性和非線性系統(tǒng)分析的理論和方法典型隨機過程的特征信號檢測的概念、規(guī)則和性能分析的理論和方法最佳檢測器的結構和特點參數(shù)估計的概念、規(guī)則和性能分析培養(yǎng)能力要能正確地理解、闡述、解釋隨機現(xiàn)象運用概率、統(tǒng)計的數(shù)學方法和計算機方法分析與處理隨機信號初步具備雷達、通信、導航等技術領域的信號處理系統(tǒng)的分析、設計、仿真的科研能力具備從日常生活中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，用統(tǒng)計的思維方法處理和解決日常問題的初步能力知識和能力要能夠有機地統(tǒng)一起來，使綜合素

9、質(zhì)得到提高。四、教學內(nèi)容和教學組織1 隨機變量基礎6學時8 檢測理論6學時2 隨機過程的基本概念8學時9 噪聲中信號的檢測4學時3 隨機過程的線性變換10學時實驗與課程論文報告8學時4 隨機過程的非線性變換4學時課堂討論課12學時5 窄帶隨機過程6學時課程小結2學時6 馬爾可夫過程和泊松過程4學時考試2學時7 估計理論8學時實驗內(nèi)容1 隨機過程的產(chǎn)生與特征估計 2 隨機過程通過系統(tǒng)分析3 檢測性能的仿真分析環(huán)節(jié)內(nèi)容和要求課堂教學（精講、課堂討論）基本內(nèi)容教員精講，課堂討論由教員引導、學員組織實驗教學完成三個實驗作業(yè)驗證性習題、計算機作業(yè)課程論文提供參考文獻、舉行論文報告會網(wǎng)絡教學網(wǎng)上課堂、作業(yè)

10、提交、論壇考核筆試教學環(huán)節(jié)五 課程考評方式 課程考評以綜合能力為目的，考核方式為：期終考試+實驗+課程論文+平時表現(xiàn)（55% +15% + 15% + 15%）三個實驗，每個實驗5%平時表現(xiàn)=作業(yè)（5%）+課堂討論（5%）+網(wǎng)絡表現(xiàn)（5%）六、參考書（1）、隨機信號分析、哈爾濱工業(yè)大學，趙淑清（2）、隨機信號分析、清華大學，楊福生（3）、“Probability,Random Variables and Stochastic Processes ”，Papoulis,(有中譯本）（4）An introduction to Statistical Signal Processing with A

11、pplications，Srinath M.D. John Wily & Sons INC,1979.（5）Detection of Signals in Noise，Academic Press。1995（6）probability and random processes with applications to signal processing and communications(7) 網(wǎng)絡課程提供的大量參考文獻七、如何學好本課程（1）要用研究的觀點學習本課程，開展研究性學習研究型教學是相對于單向性知識傳授為主的傳統(tǒng)教學模式提出的，是指教師以課程內(nèi)容和學生的學識積累為基礎，引導學生創(chuàng)

12、造性地運用知識和能力，自主地發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題，在研討中積累知識、培養(yǎng)能力和鍛煉思維的新型教學模式。主要特征：教師引導、學員自主學習，學員是課程學習的主體；要有批判的眼光，發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題研究、探索與實踐課程論文培養(yǎng)科研素養(yǎng)交流互動，協(xié)作學習、基于網(wǎng)絡的學習考核: 綜合評定教學目的：提高基本素質(zhì)、夯實基本知識、培養(yǎng)基本能力、提高基本技能；教學形式：由“單一的課堂教學”，轉(zhuǎn)化為“多形式的互動交流”；學習流程由順序?qū)W習轉(zhuǎn)化為平臺跳躍式；教學氛圍有濃烈的研究氣氛。具體做法：理念：研究性學習的理念培養(yǎng)隨機世界的認知、科學描述與實踐的能力隨機世界認知科學描述實踐課堂教學：提煉學科核

13、心基礎理論，啟發(fā)式教學、 精講精練，互動式教學；實驗教學：培養(yǎng)實踐能力，Matlab的使用、隨機過程的 模擬、Monte-carlo仿真，檢測器性能仿真分析；討論課：12個學時的討論課（習題、課題研究 課程學習體會、實驗經(jīng)驗，以學員為主）課題研究：提出研究課題，寫出研究小論文；網(wǎng)絡教學：網(wǎng)絡自學、交流、論壇互動；設置多個教學環(huán)節(jié)分組學習（培養(yǎng)協(xié)作精神）分組：三人一組 以組的形式開展課程論文研究 以組的形式完成作業(yè) 以組的形式參與課堂討論 以組的形式開展自學（互相講解）（2）注意掌握與信號分析與處理前后課程之間的聯(lián)系信號可以分為確定性信號與隨機信號（包括連續(xù)的和離散的），信號與系統(tǒng)分析、時域離散時間信號分析兩門課程學習了連續(xù)信號、離散信號以及這些信號通過系統(tǒng)的分析處理方法。信號分析的基本方法：時域分析、變換域分析時域分析：涉及到卷積、微分方程求解、算子運算、 狀態(tài)空間法。變換域法：涉及到傅立葉變換、拉氏變換、z變換。隨機信號的分析方法與確定性信號有雷同之處。（3）、要深刻理解隨機信號與確定性信號特征 之間的同異，從不確定中掌握確定性。（4）、深刻理解與掌握統(tǒng)計分析的方法，盡快 實現(xiàn)從