content(symbol): 有效/等效 Fisher 信息统一为 \gls{efim}
正文与附录此前混用“有效(effective)/等效(equivalent) Fisher 信息(矩阵)”
三种说法指代同一 EFIM。统一改用 \gls{efim},full form 取 equivalent
Fisher information matrix——参数估计语境下 equivalent 比 effective 更准确,
弃用“有效”译法。首次展开随之落在摘要。
小节标题处用 \texorpdfstring 保护 PDF 书签,避免裸 \gls。
附录 D 的投影 Gram 因子 \mathcal H = D^H P_A^perp D 非完整 EFIM,不并入。
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&= \frac{2}{\sigma} \sum_{t=1}^T \Re\left[ \mathbf{x}^\Herm _t \frac{\mathrm{d}\mathbf{A}^\Herm }{\mathrm{d}\theta_k } \mathbf{n}_t \right].
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\end{align}
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令 $\mathbf{d}(\theta_k) \triangleq \dfrac{\diff}{\diff\theta_k} \mathbf{a} (\theta_k) \in \mathbb{C}^{M\times 1}$,$\mathbf{d}^\Herm(\theta_k) \triangleq \dfrac{\diff}{\diff\theta_k} \mathbf{a}^\Herm (\theta_k)$,$\mathbf{D} = [\mathbf{d}(\theta_1), \ldots, \mathbf{d}(\theta_K)] \in \mathbb{C}^{M\times K}$,$\mathbf{X}_t \triangleq \diag ( x_1(t), \allowbreak \ldots, \allowbreak x_K (t) ) \in \mathbb{C}^{K\times K}$,则~\footnote{对于多维 DoA 参数,需要将 $\mathbf{D}$ 扩展为关于所有角度分量的 Jacobian。此时仍可通过相同的 Schur 补思想得到等效 Fisher 信息矩阵,但最终矩阵维度和 Hadamard 表达需要按角度分量重新展开。}
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令 $\mathbf{d}(\theta_k) \triangleq \dfrac{\diff}{\diff\theta_k} \mathbf{a} (\theta_k) \in \mathbb{C}^{M\times 1}$,$\mathbf{d}^\Herm(\theta_k) \triangleq \dfrac{\diff}{\diff\theta_k} \mathbf{a}^\Herm (\theta_k)$,$\mathbf{D} = [\mathbf{d}(\theta_1), \ldots, \mathbf{d}(\theta_K)] \in \mathbb{C}^{M\times K}$,$\mathbf{X}_t \triangleq \diag ( x_1(t), \allowbreak \ldots, \allowbreak x_K (t) ) \in \mathbb{C}^{K\times K}$,则~\footnote{对于多维 DoA 参数,需要将 $\mathbf{D}$ 扩展为关于所有角度分量的 Jacobian。此时仍可通过相同的 Schur 补思想得到 \gls{efim},但最终矩阵维度和 Hadamard 表达需要按角度分量重新展开。}
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\begin{equation}
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\frac{\partial\ln \mathcal{L}}{\partial \bm{\theta}}
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@@ -308,7 +308,7 @@
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其中 $\text{CRB}(\sigma) = \dfrac{\sigma^2}{MT}$,$\mathbf{H} = \dfrac{2}{\sigma}\mathbf{A}^\Herm \mathbf{A}$,$\bm{\Delta}_t = \dfrac{2}{\sigma} \mathbf{A}^\Herm \mathbf{D} \mathbf{X}_t$,$\mathcal{I}_{\theta\theta} = \dfrac{2}{\sigma}\displaystyle\sum_{t=1}^T \Re\left[ \mathbf{X}_t^\Herm \mathbf{D}^\Herm \mathbf{D} \mathbf{X}_t \right]$。注意到,由于噪声方差和其他各参量的联合二阶偏导数为零,因此噪声方差这个参量不会通过 Schur 补影响 $\bm{\theta}$,也即可以只考虑除噪声方差之外的参量构成的 \gls{fim}。
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目标是通过 Schur 补消去确定信号快拍 $\{\mathbf x_t\}_{t=1}^T$,得到关于 $\bm\theta$ 的等效 Fisher 信息矩阵;随后对该等效 Fisher 信息矩阵求逆,得到 $\bm\theta$ 的 CRB 协方差矩阵。将上式按 $(\bm\theta,\{\mathbf x_t\})$ 重新分块,对应的 \gls{fim} 子块为
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目标是通过 Schur 补消去确定信号快拍 $\{\mathbf x_t\}_{t=1}^T$,得到关于 $\bm\theta$ 的 \gls{efim};随后对该 \gls{efim} 求逆,得到 $\bm\theta$ 的 CRB 协方差矩阵。将上式按 $(\bm\theta,\{\mathbf x_t\})$ 重新分块,对应的 \gls{fim} 子块为
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\begin{equation*}
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\mathcal{I}_{\psi\psi}=\left[ \begin{array}{c:c:c}
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@@ -396,7 +396,7 @@
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&= \dfrac{2}{\sigma} \sum_{t=1}^T \Re\left\{ \mathbf{X}_t^\Herm \mathbf{D}^\Herm \left[ \mathbf{I} - \mathbf{A}(\mathbf{A}^\Herm \mathbf{A})^{-1}\mathbf{A}^\Herm \right] \mathbf{D} \mathbf{X}_t \right\}.
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\end{align}
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参考 \cite{stoicaMusicMaximumLikelihood1989} 进一步定义阵列导向矩阵的列空间的投影矩阵 $\mathcal{P}_{\mathbf{A}} = \mathbf{A}(\mathbf{A}^\Herm \mathbf{A})^{-1}\mathbf{A}^\Herm$,及其正交补空间的投影矩阵 $\mathcal{P}_{\mathbf{A}}^\perp = \mathbf{I} -\mathcal{P}_{\mathbf{A}}$,投影矩阵下的等效信息矩阵 $\mathcal{H} = \mathbf{D}^\Herm \mathcal{P}_{\mathbf{A}}^\perp \mathbf{D}$,确定信号的经验协方差 $\mathbf R_{x,\mathrm{det}} = \dfrac{1}{T} \displaystyle\sum_{t=1}^T \mathbf{x}_t \mathbf{x}_t^\Herm$,则关于角度的等效 Fisher 信息矩阵可以表示为
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参考 \cite{stoicaMusicMaximumLikelihood1989} 进一步定义阵列导向矩阵的列空间的投影矩阵 $\mathcal{P}_{\mathbf{A}} = \mathbf{A}(\mathbf{A}^\Herm \mathbf{A})^{-1}\mathbf{A}^\Herm$,及其正交补空间的投影矩阵 $\mathcal{P}_{\mathbf{A}}^\perp = \mathbf{I} -\mathcal{P}_{\mathbf{A}}$,投影矩阵下的等效信息矩阵 $\mathcal{H} = \mathbf{D}^\Herm \mathcal{P}_{\mathbf{A}}^\perp \mathbf{D}$,确定信号的经验协方差 $\mathbf R_{x,\mathrm{det}} = \dfrac{1}{T} \displaystyle\sum_{t=1}^T \mathbf{x}_t \mathbf{x}_t^\Herm$,则关于角度的 \gls{efim} 可以表示为
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\begin{align}
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\mathcal I_{\mathrm e}(\bm\theta)
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@@ -680,7 +680,7 @@ $\mathcal P_{[\mathbf B_{\mathrm{st}},\mathbf B_{\mathrm{st},\nu}\mathbf D_\zeta
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\end{equation*}
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其中 $\boldsymbol\theta$ 为待估 \gls{doa} 参数向量。严格地说,$\mathbf R_x=\mathbf R_x^\Herm$ 应采用非冗余实参数化;为避免引入额外记号,下文仅用 $\boldsymbol\psi$ 表示信源协方差与噪声方差组成的干扰参数集合,$\sigma \triangleq \sigma_n^2$ 为噪声方差。
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由 $\eqref{eq:schur_complement}$ 的 Schur 补可得 \gls{doa} 的等效 \gls{fim} 为
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由 $\eqref{eq:schur_complement}$ 的 Schur 补可得 \gls{doa} 的 \gls{efim} 为
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\begin{equation*}
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\mathcal{I}_{\mathrm e}
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@@ -805,7 +805,7 @@ Schur 补 $\mathcal{I}_{\mathrm e}
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其中 $\mathcal{P}^{(\mathbf{W})}_{\boldsymbol\psi} \triangleq \mathbf{G}_{\boldsymbol\psi} (\mathbf{G}_{\boldsymbol\psi}^\Herm \mathbf{W} \mathbf{G}_{\boldsymbol\psi})^{-1} \mathbf{G}_{\boldsymbol\psi}^\Herm \mathbf{W}$ 是干扰空间的 $\mathbf{W}$ 加权投影矩阵。
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\subsubsection{有效 Fisher 信息求取}
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\subsubsection{\texorpdfstring{\gls{efim} 求取}{EFIM 求取}}
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下面先给出每个信源对应一个标量角参数 $\theta_k$ 的标准 stochastic CRB 形式。若某个信源使用二维或更高维方向参数,只需将下文的单索引 $k$ 扩展为参数索引 $(k,r)$,并把 $\mathbf d_k$ 替换为 $\partial\mathbf a(\bm\theta_k)/\partial[\bm\theta_k]_r$;Fisher 信息矩阵的元素级表达保持相同。
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@@ -860,7 +860,7 @@ Schur 补 $\mathcal{I}_{\mathrm e}
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= \vect \left( \mathbf{R}_{\theta_k}^{\mathrm{eff}} \right),
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\end{equation}
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因此,有效 Fisher 信息可以写作
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因此,\gls{efim} 可以写作
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\begin{equation}
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\label{eq:sto_doa_eff_fisher_info}
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@@ -931,7 +931,7 @@ Schur 补 $\mathcal{I}_{\mathrm e}
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\end{align}
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\end{subequations}
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因此,有效 Fisher 信息可以进一步写作
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因此,\gls{efim} 可以进一步写作
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\begin{align}
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[\mathcal{I}_{\mathrm e}]_{ij}
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Reference in New Issue
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