|
|
@@ -1,7 +1,15 @@
|
|
|
|
\section{多阵列确定信号 DoA--Doppler 估计的 CRB 推导}
|
|
|
|
\section{多星静态模型 CRB}
|
|
|
|
\label{sec:A6_multiArrayStatDetDoaDopplerCrb}
|
|
|
|
\label{sec:A6_multiArrayStatDetDoaDopplerCrb}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
本附录沿用第~\ref{sec:multiArrayStatDetDoaDopplerEst} 节,尤其是第~\ref{subsec:staticBlockModel} 小节中的静态多阵列确定信号 DoA--Doppler 观测模型与参数定义,只补充 \gls{crb} 推导所需的 Jacobian、\gls{fim} 分块与 Schur 补步骤。主参数仍记为
|
|
|
|
本附录给出与正文第~\ref{sec:multiArrayStatDetDoaDopplerEst} 节、第~\ref{sec:multiSatMultiUser} 节相对应的多星静态 DoA--Doppler 联合估计 \gls{crb}。E.1 给出单用户多星基线(沿用 \S\ref{subsec:staticBlockModel} 模型),E.2 给出多用户扩展(沿用 \S\ref{sec:multiSatMultiUser} 模型)。两者共享 ``联合堆叠 + 复增益 Schur 补'' 的推导框架,差别仅在均值向量参数化与 Jacobian 维度。
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
本文统一采用 $\mathcal I$ 表示 Fisher 信息矩阵,$\mathbf I$ 表示单位阵,$\mathcal P$ 表示投影矩阵。
|
|
|
|
|
|
|
|
正文中的静态干扰参数 $\boldsymbol\psi_{\mathrm{stat}}$ 同时包含复增益和噪声方差。本附录在构造主参数 EFIM 时,只显式保留影响均值向量的复增益干扰参数;噪声方差只进入协方差,并与均值参数 Fisher 块解耦,因此不改变下面关于复增益的 Schur 补形式。
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\subsection{单用户多星 CRB}
|
|
|
|
|
|
|
|
\label{subsec:E1_singleUserMultiSatCrb}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
本小节对应正文第~\ref{sec:multiArrayStatDetDoaDopplerEst} 节,主参数仍记为
|
|
|
|
\begin{equation}
|
|
|
|
\begin{equation}
|
|
|
|
\boldsymbol\eta_{\mathrm{stat}}
|
|
|
|
\boldsymbol\eta_{\mathrm{stat}}
|
|
|
|
=
|
|
|
|
=
|
|
|
@@ -12,11 +20,9 @@
|
|
|
|
\end{bmatrix}
|
|
|
|
\end{bmatrix}
|
|
|
|
\in \mathbb R^{3}.
|
|
|
|
\in \mathbb R^{3}.
|
|
|
|
\end{equation}
|
|
|
|
\end{equation}
|
|
|
|
与\ref{sec:det_doa_doppler_crb} 的单阵列情形相比,这里需要先联合堆叠 $L$ 颗协作卫星的观测,再将各星复干扰系数视为干扰参数并通过 Schur 补得到 $\boldsymbol\eta_{\mathrm{stat}}$ 的等效 \gls{fim}。本文统一采用 $\mathcal I$ 表示 Fisher 信息矩阵,采用 $\mathbf I$ 表示单位阵,采用 $\mathcal P$ 表示投影矩阵。
|
|
|
|
与\ref{sec:det_doa_doppler_crb} 的单阵列情形相比,这里需要先联合堆叠 $L$ 颗协作卫星的观测,再将各星复干扰系数视为干扰参数并通过 Schur 补得到 $\boldsymbol\eta_{\mathrm{stat}}$ 的等效 \gls{fim}。
|
|
|
|
正文中的静态干扰参数 $\boldsymbol\psi_{\mathrm{stat}}$ 同时包含复增益和噪声方差。本附录在构造主参数 $\boldsymbol\eta_{\mathrm{stat}}$ 的 EFIM 时,只显式保留影响均值向量的复增益干扰参数;噪声方差只进入协方差,并与均值参数 Fisher 块解耦,因此不改变下面关于复增益的 Schur 补形式。换言之,下文得到的是在给定真实噪声方差或将其作为解耦协方差参数时,关于 $\boldsymbol\eta_{\mathrm{stat}}$ 的等效 Fisher 信息。
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\subsubsection{联合观测模型与 Fisher 信息矩阵通式}
|
|
|
|
\subsection{联合观测模型与 Fisher 信息矩阵通式}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
沿用第~\ref{subsec:staticBlockModel} 小节中的向量化观测模型,第 $\ell$ 颗卫星的均值向量可写为 $\zeta_\ell \mathbf g_\ell(\boldsymbol\eta_{\mathrm{stat}})$。为便于后续统一构造 \gls{fim},本小节先将所有卫星观测按块联合堆叠。
|
|
|
|
沿用第~\ref{subsec:staticBlockModel} 小节中的向量化观测模型,第 $\ell$ 颗卫星的均值向量可写为 $\zeta_\ell \mathbf g_\ell(\boldsymbol\eta_{\mathrm{stat}})$。为便于后续统一构造 \gls{fim},本小节先将所有卫星观测按块联合堆叠。
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
@@ -119,7 +125,7 @@ $\zeta_\ell\in\mathbb C$ 为第 $\ell$ 条链路的未知复干扰系数,$\sig
|
|
|
|
\label{eq:A6_fim_general}
|
|
|
|
\label{eq:A6_fim_general}
|
|
|
|
\end{equation}
|
|
|
|
\end{equation}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\subsection{\texorpdfstring{关于 $\boldsymbol\eta_{\mathrm{stat}}$ 的导数}{关于 eta_stat 的导数}}
|
|
|
|
\subsubsection{\texorpdfstring{关于 $\boldsymbol\eta_{\mathrm{stat}}$ 的导数}{关于 eta_stat 的导数}}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
由第~\ref{sec:multiArrayStatDetDoaDopplerEst} 节,单位方向向量为
|
|
|
|
由第~\ref{sec:multiArrayStatDetDoaDopplerEst} 节,单位方向向量为
|
|
|
|
\begin{equation}
|
|
|
|
\begin{equation}
|
|
|
@@ -332,7 +338,7 @@ $\mathbf g_\ell=\mathbf q_\ell\otimes \mathbf a_\ell$
|
|
|
|
\label{eq:A6_Dl}
|
|
|
|
\label{eq:A6_Dl}
|
|
|
|
\end{equation}
|
|
|
|
\end{equation}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\subsection{Fisher 信息矩阵的分块构造}
|
|
|
|
\subsubsection{Fisher 信息矩阵的分块构造}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
对第 $\ell$ 颗卫星,其均值向量为
|
|
|
|
对第 $\ell$ 颗卫星,其均值向量为
|
|
|
|
\begin{equation}
|
|
|
|
\begin{equation}
|
|
|
@@ -408,7 +414,7 @@ $\mathbf g_\ell=\mathbf q_\ell\otimes \mathbf a_\ell$
|
|
|
|
\label{eq:A6_Ibb}
|
|
|
|
\label{eq:A6_Ibb}
|
|
|
|
\end{equation}
|
|
|
|
\end{equation}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\subsection{消去复干扰系数后的等效 Fisher 信息矩阵}
|
|
|
|
\subsubsection{消去复干扰系数后的等效 Fisher 信息矩阵}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
由于 $\boldsymbol\psi_{\zeta,\mathrm{stat}}$ 是均值干扰参数,主参数向量 $\boldsymbol\eta_{\mathrm{stat}}$ 的等效 Fisher 信息矩阵为
|
|
|
|
由于 $\boldsymbol\psi_{\zeta,\mathrm{stat}}$ 是均值干扰参数,主参数向量 $\boldsymbol\eta_{\mathrm{stat}}$ 的等效 Fisher 信息矩阵为
|
|
|
|
\begin{equation}
|
|
|
|
\begin{equation}
|
|
|
@@ -462,7 +468,7 @@ $\begin{bmatrix}\mathbf g_\ell & j\mathbf g_\ell\end{bmatrix}$。虽然这两个
|
|
|
|
\end{equation}
|
|
|
|
\end{equation}
|
|
|
|
式~\eqref{eq:A6_Ieff_final} 即为静态多阵列确定信号 DoA--Doppler 联合估计的等效 \gls{fim}。
|
|
|
|
式~\eqref{eq:A6_Ieff_final} 即为静态多阵列确定信号 DoA--Doppler 联合估计的等效 \gls{fim}。
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\subsection{CRB 表达式}
|
|
|
|
\subsubsection{CRB 表达式}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
因此,联合参数向量 $\boldsymbol\eta_{\mathrm{stat}}=[\alpha,\beta,\nu_{\mathrm{ref}}]^{\Tran}$ 的 \gls{crb} 为
|
|
|
|
因此,联合参数向量 $\boldsymbol\eta_{\mathrm{stat}}=[\alpha,\beta,\nu_{\mathrm{ref}}]^{\Tran}$ 的 \gls{crb} 为
|
|
|
|
\begin{equation}
|
|
|
|
\begin{equation}
|
|
|
@@ -513,7 +519,7 @@ $\begin{bmatrix}\mathbf g_\ell & j\mathbf g_\ell\end{bmatrix}$。虽然这两个
|
|
|
|
\label{eq:A6_crb_omega}
|
|
|
|
\label{eq:A6_crb_omega}
|
|
|
|
\end{equation}
|
|
|
|
\end{equation}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\subsection{备注}
|
|
|
|
\subsubsection{备注}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\begin{enumerate}
|
|
|
|
\begin{enumerate}
|
|
|
|
\item 若所有卫星噪声方差相同,即 $\sigma_{n,\ell}^2=\sigma^2$,则 \eqref{eq:A6_Ieff_final} 退化为
|
|
|
|
\item 若所有卫星噪声方差相同,即 $\sigma_{n,\ell}^2=\sigma^2$,则 \eqref{eq:A6_Ieff_final} 退化为
|
|
|
@@ -540,4 +546,11 @@ $\begin{bmatrix}\mathbf g_\ell & j\mathbf g_\ell\end{bmatrix}$。虽然这两个
|
|
|
|
因此不会改变 \eqref{eq:A6_Ieff_final} 给出的 $\boldsymbol\eta_{\mathrm{stat}}$ 的等效 \gls{fim}。
|
|
|
|
因此不会改变 \eqref{eq:A6_Ieff_final} 给出的 $\boldsymbol\eta_{\mathrm{stat}}$ 的等效 \gls{fim}。
|
|
|
|
\end{enumerate}
|
|
|
|
\end{enumerate}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
因此,附录 A6 与正文静态多星模型一一对应:正文负责给出观测模型、参数分组和集中似然,本文附录负责给出 Jacobian、Fisher 信息分块与 Schur 补形式。动态模型的连续相位和独立相位 CRB 分别在 \ref{sec:A7_dynDoaDopplerCrb} 与 \ref{sec:A8_dynIndependentPhaseCrb} 中继续展开。
|
|
|
|
至此,单用户多星静态基线与正文静态模型一一对应:正文负责给出观测模型、参数分组和集中似然,本文附录负责给出 Jacobian、Fisher 信息分块与 Schur 补形式。
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\subsection{多用户多星 CRB(扩展)}
|
|
|
|
|
|
|
|
\label{subsec:E2_multiUserMultiSatCrb}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
% TODO: 阶段 5 content commit 填入实质内容
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
动态模型的连续相位和独立相位 CRB 在附录~\ref{sec:multiFrameCrb} 中继续展开。
|
|
|
|