diff --git a/parts/A-symbolIndex.tex b/parts/A-symbolIndex.tex index b162fb0..65bb630 100644 --- a/parts/A-symbolIndex.tex +++ b/parts/A-symbolIndex.tex @@ -186,6 +186,7 @@ $\mathbf B_{\mathrm{st}}(\bm\Theta,\boldsymbol\nu)$ & 空时导向矩阵或空时 steering/dictionary matrix,由各信源的空时导向列向量组成;该符号避免与 \gls{crb} 协方差矩阵 $\mathbf C$ 冲突。\\ $\mathbf b_{\mathrm{st},k}(\bm\theta_k,\nu_k)$ & 第 $k$ 个信源的空时导向列向量,通常由空间导向矢量与 Doppler 时间导向矢量 Kronecker 组合得到。此处下标 $\mathrm{st}$ 表示 space--time。\\ $\mathbf h_{\ell,k}\in\mathbb C^{M_\ell}$ & 第 $k$ 个用户(单天线)到第 $\ell$ 颗卫星的上行等效信道向量;远场窄带假设下 $\mathbf h_{\ell,k}=\zeta_{\ell,k}\mathbf a_\ell(\boldsymbol\xi_k)$。参数估计侧使用 $\mathbf a_\ell$ 与 $\zeta_{\ell,k}$;波束成形侧合并为 $\mathbf h_{\ell,k}$。\\ + $\widehat{\mathbf h}_{\ell,k}\in\mathbb C^{M_\ell}$ & 第 $(\ell,k)$ 对沿时间模板 $\mathbf q_{\ell,k}$ 的空间匹配输出 $\mathbf Y_\ell\mathbf q_{\ell,k}^*/\|\mathbf q_{\ell,k}\|_2^2$,即上行等效信道 $\mathbf h_{\ell,k}$ 的匹配滤波估计;空时导向趋于正交的码分下为该星对用户 $k$ 主参数的充分统计量。见第~\ref{subsec:perSatSufficientStat} 小节。\\ $\mathbf H_\ell\in\mathbb C^{M_\ell\times K}$ & 第 $\ell$ 颗卫星的上行信道矩阵,第 $k$ 列为 $\mathbf h_{\ell,k}$。\\ \end{longtable} \endgroup diff --git a/parts/sec4_multiSatMultiUser.tex b/parts/sec4_multiSatMultiUser.tex index d656e6b..5c3e756 100644 --- a/parts/sec4_multiSatMultiUser.tex +++ b/parts/sec4_multiSatMultiUser.tex @@ -180,6 +180,41 @@ $\boldsymbol\Xi\triangleq[\boldsymbol\xi_1,\ldots,\boldsymbol\xi_K]$,$\boldsym % 与第~\ref{sec:multiArrayStatDetDoaDopplerEst} 节的单用户加权融合相比,差别在于每颗卫星的匹配子空间从一维 $\mathbf g_\ell$ 升级为 $K$ 维 $\mathbf G_\ell$ 列空间;多用户的耦合\emph{在每颗卫星内部}通过 $\mathbf G_\ell^\Herm\mathbf G_\ell$ 的非对角元体现。 +\subsection{逐星充分统计量与匹配滤波压缩} +\label{subsec:perSatSufficientStat} + +集中似然 \eqref{eq:sec4_concentrated} 还隐含一个对分布式处理至关重要的结构:第 $\ell$ 颗卫星的原始采样 $\tilde{\mathbf y}_\ell\in\mathbb C^{M_\ell T}$ 只通过它在 $\mathbf G_\ell$ 列空间上的投影进入目标函数,即只通过匹配输出 $\mathbf G_\ell^\Herm\tilde{\mathbf y}_\ell$ 与总能量 $\|\tilde{\mathbf y}_\ell\|_2^2$ 进入。给定字典 $\mathbf G_\ell$(由主参数 $\boldsymbol\eta_{\mathrm{mu}}$ 决定),二元组 $(\mathbf G_\ell^\Herm\tilde{\mathbf y}_\ell,\|\tilde{\mathbf y}_\ell\|_2^2)$ 即该星似然贡献的充分统计量:高维采样可压缩到这一低维匹配统计量而不损失关于 $\boldsymbol\eta_{\mathrm{mu}}$ 的信息。 + +当各用户空时导向向量趋于正交时,这一压缩可进一步\emph{逐用户}解耦。沿第 $k$ 个用户的时间模板 $\mathbf q_{\ell,k}$ 压缩时间维、保留空间维,得第 $(\ell,k)$ 对的空间匹配输出 +% +\begin{equation} + \label{eq:sec4_matched_channel} + \widehat{\mathbf h}_{\ell,k} + \triangleq + \frac{\mathbf Y_\ell\mathbf q_{\ell,k}^*}{\|\mathbf q_{\ell,k}\|_2^2} + \in\mathbb C^{M_\ell}, +\end{equation} +% +即上行等效信道向量 $\mathbf h_{\ell,k}=\zeta_{\ell,k}\mathbf a_\ell(\boldsymbol\xi_k)$ 的匹配滤波估计,其均值为 $\mathbf h_{\ell,k}$。利用 $\mathbf g_{\ell,k}^\Herm\tilde{\mathbf y}_\ell=\mathbf a_\ell^\Herm(\boldsymbol\xi_k)\mathbf Y_\ell\mathbf q_{\ell,k}^*=\|\mathbf q_{\ell,k}\|_2^2\,\mathbf a_\ell^\Herm(\boldsymbol\xi_k)\widehat{\mathbf h}_{\ell,k}$,当 $\mathbf G_\ell^\Herm\mathbf G_\ell$ 趋于对角时,\eqref{eq:sec4_concentrated} 的每星投影项分解为各用户的独立贡献之和 +% +\begin{equation} + \label{eq:sec4_decoupled} + \tilde{\mathbf y}_\ell^\Herm\mathcal P_{\mathbf G_\ell}\tilde{\mathbf y}_\ell + \;\longrightarrow\; + \sum_{k=1}^{K} + \|\mathbf q_{\ell,k}\|_2^2\, + \frac{\big|\mathbf a_\ell^\Herm(\boldsymbol\xi_k)\widehat{\mathbf h}_{\ell,k}\big|^2} + {\|\mathbf a_\ell(\boldsymbol\xi_k)\|_2^2}, +\end{equation} +% +即每个用户的贡献退化为对其空间匹配输出 $\widehat{\mathbf h}_{\ell,k}$ 的本地 \gls{doa} 匹配。集合 $\{\widehat{\mathbf h}_{\ell,k}\}_{k=1}^{K}$ 于是成为第 $\ell$ 颗卫星对各用户主参数的充分统计量:各星无须回传原始采样 $\tilde{\mathbf y}_\ell$,只回传 $M_\ell$ 维的逐用户复信道响应 $\{\widehat{\mathbf h}_{\ell,k}\}$,即足以在融合端重建本星贡献的角度信息。这是``逐星本地处理、只回传逐用户复响应''这一分布式接口的信息论依据。 + +这一压缩有两点限定,决定了它在后续跨星融合中的可用边界: +\begin{enumerate} + \item \emph{充分性条件于时间模板已知}。$\mathbf q_{\ell,k}$ 依赖链路 Doppler $\nu_{\ell,k}$,故形成 $\widehat{\mathbf h}_{\ell,k}$ 前须先给定或本地估计 Doppler;真正无条件充分的是匹配输出在 Doppler(后续含时延)假设网格上的整张曲面,将其塌缩为单个 $\widehat{\mathbf h}_{\ell,k}$ 仅在观测块内 Doppler 近常数时近似无损。 + \item \emph{$\widehat{\mathbf h}_{\ell,k}$ 不含匹配峰的位置}。它编码本星本地 \gls{doa}($\mathbf a_\ell$ 的方向)与复增益(幅度与相位),但匹配峰在 Doppler(及后续时延)网格上的\emph{位置}是形成 $\widehat{\mathbf h}_{\ell,k}$ 时所匹配的模板取值,须作为独立标量另行保留。故仅由 $\{\widehat{\mathbf h}_{\ell,k}\}$ 可重建各星本地 \gls{doa} 与相位,而跨星测距、测速所需的时延差与 Doppler 差还需保留这些峰位标量。这一区分在第~\ref{sec:userPositioning}--\ref{sec:timestampError} 节引入传播时延后,成为跨星差分能否干净取出到达时间差的关键。 +\end{enumerate} + \subsection{用户分离的可辨识性} \label{subsec:userSeparability}