基于OBE理念的“信号检测与估计”教学改革与实践

“信号检测与估计”是电子信息工程、信息与通信工程、通信专业的硕士研究生专业必修课程,课程的理论性较强,其涉及的数学推导较多,需要良好的线性代数、矩阵分析、概率论和随机信号分析的基础知识,抽象而难学。本文将“信号检测与估计”课程的教学与OBE教育理念相结合,围绕学生的学习目标和成果,强调学生的学习结果和技能的训练,激发学生的学习兴趣和动力,提高学生的实践能力和创新能力,以适应现代教育的发展需求和未来职业的要求。

信号检测与估计课程多元融入教学改革

针对人工智能领域研究生信号检测与估计课程的传统教学模式和研究生科研实践能力脱节的问题,按照“以学生为中心、产教研相结合”的教学理念,突出科教融合的教学研究,强调课程内外融汇贯通,在理论教学和科研方法上进行了突破性改革.从课程仿真验证、科研项目、思政融入及考核方式等方面入手,构建信号检测与估计课程多元融入教学新模式,旨在提高研究生的自主学习及科研创新能力.

基于自适应阈值与扩张状态滑模观测器的AUV执行机构故障检测与估计

作为自主式水下机器人(AUV)的重要组成部分,执行机构的可靠性对系统的安全运行具有重要意义.本文以AUV六自由度模型为基础,提出了一种基于自适应阈值与扩张状态滑模观测器相结合的故障检测与估计机制.首先,本文将模型中除去控制输入的部分扩张成新的系统状态,得到估计值和实际值之间的残差;其次,针对执行机构的未知扰动,文章设计了一种改进的自适应阈值以监测残差的变化,进一步降低了误诊率与漏诊率;随后,文章在扩张状态的结构基础上设计滑模观测器,将观测器的增益求解转化为线性矩阵不等式(LMI)约束优化问题;最后,通过动态滑模面的设计实现了抖振的抑制并论证了该动态滑模面的收敛性,同时引入等效控制输出误差注入原理,实现了AUV执行机构的故障重构.仿真结果表明,本文所提方法对AUV执行机构的故障具有较好的检测灵敏度和估计精度.

“信号检测与估计”课程思政教学设计

“信号检测与估计”是信号与信息处理学科的基础理论方法,也是信息类各专业研究生和高年级本科生的重要课程之一,为计算机、通信、雷达、声纳、自动控制等工程领域提供了理论基础。以“信号检测与估计”课程教学为例,探讨课程思政设计的三种思路:阐述课程包含的科学方法,培养学生的系统思维、创新意识和实践能力;提炼课程蕴含的家国情怀、社会责任等价值内容,实现知识传授与价值引领相融合;挖掘与课程相关的国家科技前沿内容,总结国家制度的优势,帮助学生坚定“四个自信”。实践表明,将思政元素融入课程教学设计中可取得较好的教学效果。

基于Matlab的《信号检测与估计》课程教学改革

针对《信号检测与估计》课程教学过程中存在的若干问题,依据我校信号类课程总体教学改革的要求,文中提出利用Matlab软件,以实例分析的方法进行课程教学。教学实践反馈表明:以Matlab软件作为辅助教学工具,不但使学生对知识点的理解更加透彻,而且对调动学生的学习积极性、提高学生仿真软件的使用能力具有切实的帮助。

扩展目标联合检测与估计的误差界

针对杂波和漏检环境下单个扩展目标联合检测与估计的性能评价问题,提出了一种基于随机有限集(Random Finite Set,RFS)的误差分析方法。该方法通过将扩展目标的状态和观测分别建模为Bernoulli RFS和Poisson RFS,在RFS框架下推导获得了采用最大后验概率检测器和无偏估计器的均方误差界,并给出了其在目标确定存在以及无杂波条件下的简化形式。实验结果表明,建议的均方误差界能够有效地反映扩展目标联合检测与估计算法所能达到的最优性能,利用该误差界可以对不同的扩展目标联合检测与估计算法的性能进行有效的衡量,误差在5%以内。推导过程和结论仅关注于单传感器扩展目标联合检测与估计的静态问题,并假设其状态和测量均为标量。

多个不可分辨目标群的联合检测与估计误差界

针对杂波和漏检同时存在时多个不可分辨目标群联合检测与估计的性能评价问题,在随机有限集框架下,利用信息不等式和最优子模式分配距离提出了该问题的误差(下)界。首先将多个不可分辨目标群的状态建模为多Bernoulli随机有限集,并利用Mahler提出的连续个体目标数假设建模群目标测量似然函数;然后,结合最大后验概率检测和无偏估计准则获得了建议的误差界。仿真实验展示了该误差界随杂波密度和传感器检测概率的变化趋势,并利用不可分辨目标群势概率假设密度滤波器和不可分辨目标群势平衡多目标多Bernoulli滤波器对该误差界的有效性进行了验证。实验表明,利用该误差界可以对现有的不可分辨目标群联合检测与估计算法的性能进行有效衡量,使其在不同杂波密度和检测概率下的平均相对误差不超过7%。

基于双解析模型的故障隔离与估计方案及应用

系统分析了基于观测器的故障检测与隔离方法存在的问题,创新性提出了一种基于标称模型和未知输入观测器的故障诊断方案—双解析方案。它从故障观测而非状态估计的角度设计未知输入观测器,并根据未知输入观测器与标称系统之间的状态误差修正并替换未知输入观测器的状态估计误差,从而构成实际可行的故障隔离与估计的解析表达式。该方案应用于三轴稳定卫星执行器/敏感器故障诊断,仿真设置的五种飞轮/陀螺组合故障均被准确隔离及估计,表明了该方案的有效性。从设计及应用过程可以看出,双解析方案设计简单、无存在性条件约束,有效拓展了基于观测器故障诊断的应用范围及深度。

不确定时滞系统增益型故障的检测与估计

针对一类不确定连续线性定常时滞系统,提出了一种执行器、传感器增益故障的鲁棒检测与估计策略。该类系统含有多状态与输出时滞,状态和输出方程上同时作用有非结构有界未知扰动。在Trunov和Polycarpou方法的基础上,设计了一种新的时滞系统自适应观测器用于检测并估计突变或缓变的增益故障。与Wang等针对线性无时滞不含输出扰动系统的工作相比,该结论更具一般性。理论分析表明,该方法对于未知扰动鲁棒,能够保证故障的估计,状态与输出估计偏差一致有界。数值仿真验证了方法的有效性。

对《信号检测与估计》课程设置的构想

《信号检测与估计》是通信、电子工程等有关学科中本科生培养的一门专业技术课程。目前,在该课程的设置中存在明显的理论和实践相脱节的问题,使学生在学习后不能将课程的基本理论运用到具体实践中。文中针对该问题展开讨论,并提出了课程设置改革的构想。

信号检测与估计课程教学中统计观念的培养

信号检测与估计课程作为研究随机现象规律的课程之一,对学生统计观念的培养是十分重要的。本文探讨了统计观念的内涵,分析了信号检测与估计课程对统计观念培养的作用。结合教学实践,从课程内容、教学方法和实验教学等方面讨论了信号检测与估计课程教学中统计观念的培养。

信号检测与估计教材编写的体会与思考

教材作为教学内容和教学方法的知识载体,在教学中起着非常重要的作用,教材的不断完善和发展可以促进教学质量的不断提高。本文结合信号检测与估计教材的编写工作,从能力培养、结构体系、实验教学、教材语言及教材配套资源等几个方面阐述教材编写的心得和体会,以期为教材建设、教学改革和教学质量的提高提供参考。

群目标联合检测与估计误差界的递推形式

在随机有限集框架下给出了当杂波和漏检存在时,群目标联合检测与估计(Joint detection and estimation,JDE)误差界的递推形式.首先,将多个群目标运动过程建模为一个多Bernoulli过程,并采用连续个体目标数假设建模群目标观测似然函数;其次,采用最优子模式分配距离定义群目标JDE误差;最终,利用信息不等式推导获得了建议的误差界.仿真实验在不同杂波密度和检测概率场景下利用群势概率假设密度和群势平衡多目标多Bernoulli滤波器对该误差界的有效性进行了验证.

初相未知信号联合检测与估计的序贯实现

在未知参数的充分统计量和再生概率密度函数的基础上,引入了联合检测与估计的序贯算法,给出了算法的实现框图,并将该算法应用于高斯噪声中初相位未知信号的联合检测与估计当中.仿真实验表明,新算法较传统算法有一定的性能改善.

“信号检测与估计”研究生课程教学的建设

"信号检测与估计"课程是电子与通信学科研究生的一门重要基础理论课程。由于其理论性较强,学生难以理解和掌握,通过全面的课程建设提高其教学效果是非常有必要的。文章首先分析了本课程的主要特点,梳理了授课内容,提出了目前授课存在的一些亟待解决的问题;然后重点从教学思路、课堂举例、课后拓展、教学手段、参考讲义、考核方法以及日常教学方法等多个方面阐述了本课程的建设内容。通过完成这些建设,增加了学生对知识的理解掌握能力,全面提升了课程的教学效果。

方位未知信号联合检测与估计研究

为解决高斯噪声中方位未知平面波信号的检测及方位估计这一无源雷达信号处理中的重要问题,在讨论联合检测与估计序贯实现的基础上,设计远场平面波信号入射方位(DOA)的充分统计量,构造自然共轭密度函数族,并将其运用到序贯算法中。仿真实验表明,联合检测与估计序贯算法较传统的检测与估计分离算法在检测性能上有2 dB的改善。

信号检测与估计的混合教学模式研究

分析了信号检测与估计课程教学中存在的若干问题,从强化应用、教学内容、教学方法以及全面考核等角度出发,探索了可用于信号检测与估计的混合教学模式.教学实践反馈表明,精简授课内容后,学生通过分组讨论、调研,再结合Matlab软件实验仿真的混合教学模式,不但使学生对知识点的理解更加透彻,还调动了学生的积极性.

一种InSAR大气相位建模与估计方法

为了削弱大气延迟对干涉结果的影响以提高InSAR的测量能力,本文在InSAR大气相位特征分析的基础上,研究了一种新的InSAR大气相位建模与估计方法.首先采用稳健估计确定大气垂直分层部分的模型参数,然后利用基于Matern模型的Kriging插值估计大气紊流部分,最后应用估计的大气垂直分层和紊流资料改正InSAR测量结果.利用覆盖河南义马地区的ASAR数据对本文提出的方法进行了验证,结果表明去除大气影响后,InSAR重建的DEM与参考DEM的高程差异的均方误差由19.5m降至5.3m,精度提高了约72%.同时,改正后的干涉图更合理地揭示了义马矿区的沉降漏斗情况,进一步验证了本文方法的有效性.

空分设备粗氩塔氮塞的诊断与估计方法

为提高空分产品质量,降低氮塞故障造成的不利影响,应用互信息方法建立了空分系统的符号有向图模型,改进了基于有向图的故障诊断方法,提出了故障严重程度的判别方法,实现了空分系统粗氩塔氮塞故障的快速诊断以及氮塞严重程度的准确估计。

“十一五”国家级规划教材《建模与估计》的特色与创新点

本文介绍教育部普通高等教育"十一五"国家级规划教材《建模与估计》(本科)的特色与创新点:以系统辨识、经典Kalman滤波、多传感器信息融合、时间序列分析四个学科相互渗透作为方法论,提出了现代最优估计理论新的理论体系,具有前沿性、独创性、广泛应用性和多学科交叉的特点.教材中灌输和渗透科学方法论,克服形而上学,有助于培养学生的分析、解决问题能力和创新能力.教材内容与应用背景和Matlab仿真相结合,有助于学生掌握理论和方法,培养学生解决实际问题能力.