content(symbol): 附录 D.1 FIM 子块改用 \mathcal{I}_{...} 记号
原 A3 合并入 D.1 后保留了 \bm{\Gamma}、\mathbf{F}_{\theta\theta}
等中间记号,与 §4.4.4 "Fisher 信息矩阵统一使用 I" 以及附录
D/E/F/G 其余部分使用的 \mathcal{I}_{\cdot\cdot} 不一致。
本次统一对齐,便于跨附录追踪同一 FIM 块。
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+10
-10
@@ -301,17 +301,17 @@
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\cdots &
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\Re\{\bm{\Delta}_T\}^\Tran &
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\Im\{\bm{\Delta}_T\}^\Tran
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\end{array} &\bm{\Gamma}
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\end{array} &\mathcal{I}_{\theta\theta}
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\end{array}
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\right],
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\end{align}
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其中 $\text{CRB}(\sigma) = \dfrac{\sigma^2}{MT}$,$\mathbf{H} = \dfrac{2}{\sigma}\mathbf{A}^\Herm \mathbf{A}$,$\bm{\Delta}_t = \dfrac{2}{\sigma} \mathbf{A}^\Herm \mathbf{D} \mathbf{X}_t$,$\bm{\Gamma} = \dfrac{2}{\sigma}\displaystyle\sum_{t=1}^T \Re\left[ \mathbf{X}_t^\Herm \mathbf{D}^\Herm \mathbf{D} \mathbf{X}_t \right]$。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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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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我们的目标是通过 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。首先定义几个辅助变量,令
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我们的目标是通过 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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\begin{equation*}
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\mathbf{F}_{\psi\psi}=\left[ \begin{array}{c:c:c}
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\mathcal{I}_{\psi\psi}=\left[ \begin{array}{c:c:c}
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\begin{matrix}
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\Re\{\mathbf{H}\} & -\Im\{\mathbf{H}\} \\
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\Im\{\mathbf{H}\} & \Re\{\mathbf{H}\} \\
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@@ -326,7 +326,7 @@
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\end{matrix} \\
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\end{array} \right],\quad
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\mathbf{F}_{\psi\theta} = \left[ \begin{array}{c}
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\mathcal{I}_{\psi\theta} = \left[ \begin{array}{c}
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\Re\{\bm{\Delta}_1\} \\
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\Im\{\bm{\Delta}_1\} \\
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\hdashline
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@@ -338,7 +338,7 @@
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\end{equation*}
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\begin{equation*}
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\mathbf{F}_{\theta\psi} = \left[
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\mathcal{I}_{\theta\psi} = \left[
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\begin{array}{c:c:c}
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\begin{matrix}
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\Re\{\bm{\Delta}_1\}^\Tran & \Im\{\bm{\Delta}_1\}^\Tran
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@@ -355,7 +355,7 @@
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因此,我们有
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\begin{align}
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\mathrm{CRB}^{-1}(\bm{\theta}) = \bm{\Gamma}-\mathbf{F}_{\theta\psi}\mathbf{F}_{\psi\psi}^{-1}\mathbf{F}_{\psi\theta}
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\mathrm{CRB}^{-1}(\bm{\theta}) = \mathcal{I}_{\theta\theta}-\mathcal{I}_{\theta\psi}\mathcal{I}_{\psi\psi}^{-1}\mathcal{I}_{\psi\theta}
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\end{align}
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观察矩阵结构,通过分块矩阵乘法,令 $\mathbf{G} = \mathbf{H}^{-1}$,可以有~\footnote{将右侧按照复数乘法展开即可得到。}
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@@ -390,7 +390,7 @@
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因此,角度的 \gls{crb} 可以表示为
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\begin{align}
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\mathrm{CRB}^{-1}(\bm{\theta}) &= \bm{\Gamma} - \sum_{t=1}^T \Re\{\bm{\Delta}_t^\Herm \mathbf{G}\bm{\Delta}_t\} \nonumber
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\mathrm{CRB}^{-1}(\bm{\theta}) &= \mathcal{I}_{\theta\theta} - \sum_{t=1}^T \Re\{\bm{\Delta}_t^\Herm \mathbf{G}\bm{\Delta}_t\} \nonumber
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= \dfrac{2}{\sigma} \sum_{t=1}^T \Re\left\{ \mathbf{X}_t^\Herm \mathbf{D}^\Herm \mathbf{D} \mathbf{X}_t - \mathbf{X}_t^\Herm \mathbf{D}^\Herm \mathbf{A}(\mathbf{A}^\Herm \mathbf{A})^{-1}\mathbf{A}^\Herm \mathbf{D} \mathbf{X}_t \right\} \nonumber
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\\
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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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@@ -657,7 +657,7 @@ $\mathcal P_{[\mathbf B_{\mathrm{st}},\mathbf B_{\mathrm{st},\nu}\mathbf D_\zeta
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\subsection{随机信号 DoA CRB(对照支线)}
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\label{sec:sto_doa_crb}
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本附录对应第~\ref{sec:sto_doa_est} 节的单阵列随机信号 DoA 模型。由 \ref{subsubsec:general_gauss_crb} 可知,零均值圆对称复高斯随机过程的 \gls{crb} 可以表示为
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本附录对应第~\ref{sec:det_doa_est} 节末尾 \S\ref{subsec:sml_contrast} 的随机信号 DoA 对照支线。由 \S\ref{subsubsec:general_gauss_crb} 可知,零均值圆对称复高斯随机过程的 \gls{crb} 可以表示为
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\begin{equation}
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[\mathcal I(\boldsymbol\kappa)]_{ij}
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@@ -666,7 +666,7 @@ $\mathcal P_{[\mathbf B_{\mathrm{st}},\mathbf B_{\mathrm{st},\nu}\mathbf D_\zeta
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\right]\right\}.
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\end{equation}
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因此可以通过类似\ref{sec:det_doa_crb} 的方式,按照第 \ref{sec:sto_doa_est} 节的建模方式,求出接收信号协方差矩阵 $\mathbf{R} = \mathbf{A} \mathbf{R}_x \mathbf{A}^\Herm + \sigma \mathbf{I}_M$ 对各个参量的一阶导数,构建 \gls{fim}。
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因此可以通过类似 \S\ref{sec:det_doa_crb} 的方式,按照 \S\ref{subsec:sml_contrast} 中给出的随机信号建模方式,求出接收信号协方差矩阵 $\mathbf{R} = \mathbf{A} \mathbf{R}_x \mathbf{A}^\Herm + \sigma \mathbf{I}_M$ 对各个参量的一阶导数,构建 \gls{fim}。
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随机信号 \gls{doa} 估计问题的参数向量可以写为
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\begin{equation*}
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