fix(symbol): G 的 CP/IP 模型名改用 \gls
按方案 B,附录 G 里中文/英文模型名统一为 \gls{cp}/\gls{ip}(连续相位模型、
独立相位模型、模板、基线、relaxed 连续相位处理、CP/IP 对比、以及裸 CP/IP
共 32 行)。保留:subsection 标题、数学上标 ^{\mathrm{cp}}、标签
eq:A7_CP_K/eq:A8_IP、复合名;相位属性描述(跨帧连续相位结构、相位连续性、
块的独立相位 \vartheta、G:1065 对"独立相位"一词的释义)一律保留中文。两遍编译干净。
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+33
-33
@@ -1,16 +1,16 @@
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\section{多帧动态模型 CRB}
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\label{sec:multiFrameCrb}
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本附录汇总多帧动态多星模型下的两类 \gls{crb} 推导:连续相位(CP)模型和独立相位(IP)基线模型。
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两者共享主参数 $\boldsymbol\eta=[\alpha,\beta,\nu_{\mathrm{ref}}]^\Tran$ 与 Doppler rate $\dot\nu_{\mathrm{ref}}$ 作为干扰参数的处理方式,差别在于跨帧相位结构:CP 模型保留同星公共相位约束,IP 模型放弃这一约束。
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通过对比 CP 与 IP 的 \gls{efim} 可以量化跨帧相位连续性所携带的信息量。
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本附录汇总多帧动态多星模型下的两类 \gls{crb} 推导:\gls{cp} 模型和\gls{ip} 基线模型。
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两者共享主参数 $\boldsymbol\eta=[\alpha,\beta,\nu_{\mathrm{ref}}]^\Tran$ 与 Doppler rate $\dot\nu_{\mathrm{ref}}$ 作为干扰参数的处理方式,差别在于跨帧相位结构:\gls{cp} 模型保留同星公共相位约束,\gls{ip} 模型放弃这一约束。
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通过对比 \gls{cp} 与 \gls{ip} 的 \gls{efim} 可以量化跨帧相位连续性所携带的信息量。
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\subsection{连续相位 CP 模型 EFIM}
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\label{sec:A7_dynDoaDopplerCrb}
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本附录沿用第~\ref{sec:dynamicDoaDopplerEst} 节中的动态多帧记号,只讨论两类与正文主线严格对应的模型:
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\begin{enumerate}
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\item 第~\ref{subsec:dynamicCpModel} 小节中的连续相位模型(structured continuous-phase, CP);
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\item 第~\ref{subsec:dynamicRelaxedModel} 小节中的 relaxed 连续相位模型,即保留连续相位模板,但将每个观测块的复干扰系数 $\zeta_{\ell,p}^{\mathrm{cp,rel}}$ 视为自由参数。
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\item 第~\ref{subsec:dynamicCpModel} 小节中的结构化\gls{cp} 模型;
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\item 第~\ref{subsec:dynamicRelaxedModel} 小节中的 relaxed \gls{cp} 模型,即保留\gls{cp} 模板,但将每个观测块的复干扰系数 $\zeta_{\ell,p}^{\mathrm{cp,rel}}$ 视为自由参数。
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\end{enumerate}
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主参数统一定义为
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@@ -30,7 +30,7 @@
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\subsubsection{沿用正文模型的最小定义与导数记号}
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沿用第~\ref{subsec:dynamicCpModel} 小节中的连续相位模板与块级向量化方式。对任意卫星 $\ell=0,\ldots,L-1$ 与帧 $p=0,\ldots,P-1$,定义连续相位模板
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沿用第~\ref{subsec:dynamicCpModel} 小节中的\gls{cp} 模板与块级向量化方式。对任意卫星 $\ell=0,\ldots,L-1$ 与帧 $p=0,\ldots,P-1$,定义\gls{cp} 模板
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%
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\begin{equation}
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\phi^{\mathrm{cp}}_{\ell,p}(t)
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@@ -209,7 +209,7 @@
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\subsubsection{连续相位模型下的 CRB}
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连续相位模型写为
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\gls{cp} 模型写为
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\begin{equation}
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\tilde{\mathbf y}^{\mathrm{cp}}_{\ell,p}
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@@ -236,7 +236,7 @@
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\zeta_{\ell,p}^{\mathrm{cp}}\mathbf g^{\mathrm{cp}}_{\ell,p}(\boldsymbol\xi,\nu_{\mathrm{ref}},\dot\nu_{\mathrm{ref}}).
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\end{equation}
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定义连续相位模型的干扰参数向量为
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定义\gls{cp} 模型的干扰参数向量为
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\begin{equation}
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\boldsymbol\psi^{\mathrm{cp}}_{\mu}
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@@ -306,7 +306,7 @@
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\frac{\partial \boldsymbol\mu^{\mathrm{cp}}}{\partial \boldsymbol\psi^{\mathrm{cp}}_{\mu}}.
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\end{equation}
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%
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于是根据 \eqref{eq:A7_FIM_general},连续相位模型的 \gls{fim} 分块为
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于是根据 \eqref{eq:A7_FIM_general},\gls{cp} 模型的 \gls{fim} 分块为
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%
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\begin{equation}
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\mathcal I_{\eta\eta}^{\mathrm{cp}}
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@@ -336,7 +336,7 @@
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\right\}.
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\end{equation}
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%
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因此,主参数 $\boldsymbol\eta$ 在连续相位模型下的 \gls{efim} 为
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因此,主参数 $\boldsymbol\eta$ 在\gls{cp} 模型下的 \gls{efim} 为
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%
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\begin{equation}
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\mathcal I_{\mathrm e}^{\mathrm{cp}}(\boldsymbol\eta)
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@@ -359,7 +359,7 @@
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\label{eq:A7_CRB_cp}
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\end{equation}
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需要强调的是,与 relaxed 情形不同,连续相位模型中的 $\{\chi_\ell\}$ 在同一卫星的多帧之间共享,而 $\{\rho_{\ell,p}^{\mathrm{cp}}\}$ 为实参数,因此其 Schur 补一般不能进一步化成逐块独立的简单投影求和式。式~\eqref{eq:A7_Ieff_cp} 是与正文模型严格一致且最稳妥的写法。
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需要强调的是,与 relaxed 情形不同,\gls{cp} 模型中的 $\{\chi_\ell\}$ 在同一卫星的多帧之间共享,而 $\{\rho_{\ell,p}^{\mathrm{cp}}\}$ 为实参数,因此其 Schur 补一般不能进一步化成逐块独立的简单投影求和式。式~\eqref{eq:A7_Ieff_cp} 是与正文模型严格一致且最稳妥的写法。
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\subsubsection{Known-rate/unknown-rate EFIM 关系与单星 DoA 正交性}
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\label{subsec:A7_knownUnknownRateOrthogonality}
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@@ -490,7 +490,7 @@
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\subsubsection{relaxed 连续相位模型下的 CRB}
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沿用第~\ref{subsec:dynamicRelaxedModel} 小节中的 relaxed 连续相位处理,每个观测块的复干扰系数 $\zeta_{\ell,p}^{\mathrm{cp,rel}}$ 视为自由参数,即
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沿用第~\ref{subsec:dynamicRelaxedModel} 小节中的 relaxed \gls{cp} 处理,每个观测块的复干扰系数 $\zeta_{\ell,p}^{\mathrm{cp,rel}}$ 视为自由参数,即
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%
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\begin{equation}
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\tilde{\mathbf y}^{\mathrm{cp}}_{\ell,p}
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@@ -502,7 +502,7 @@
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\zeta_{\ell,p}^{\mathrm{cp,rel}}=\zeta^{(r)}_{\ell,p}+j\zeta^{(i)}_{\ell,p}.
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\end{equation}
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%
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这里模板仍然是 $\mathbf g^{\mathrm{cp}}_{\ell,p}$,因此该模型只是放松了块复系数结构,并未放弃跨帧连续相位模板。
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这里模板仍然是 $\mathbf g^{\mathrm{cp}}_{\ell,p}$,因此该模型只是放松了块复系数结构,并未放弃跨帧\gls{cp} 模板。
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令扩展参数向量为
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@@ -649,7 +649,7 @@
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\label{subsec:A7_efimIllConditioning}
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式~\eqref{eq:A7_Ieff_cp} 与式~\eqref{eq:A7_Ieff_rel_eta} 都是对完整 \gls{fim}中的
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干扰参数执行 Schur 补后得到的 \gls{efim}。本小节给出一个与具体 CP/IP 模型无关的局部线性解释,
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干扰参数执行 Schur 补后得到的 \gls{efim}。本小节给出一个与具体 \gls{cp}/\gls{ip} 模型无关的局部线性解释,
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用于说明多星场景中角度 \gls{crb} 显著改善但 $\nu_{\mathrm{ref}}$ 边际 \gls{crb} 改善有限、同时 \gls{efim} 条件数
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变大的原因。
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@@ -889,7 +889,7 @@ $\mathcal I_{\nu\nu}^{(L)}$ 的能量叠加,另一个是耦合惩罚
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$1-\gamma_{\xi,\nu}^{2,(L)}$。这解释了为什么两星或少数多星情形中,角度 \gls{crb} 可能因
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$\mathcal I_{\xi\xi}$ 增强而明显降低,而 $\nu_{\mathrm{ref}}$ 的边际 \gls{crb} 只出现温和改善。
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对本文的动态连续相位模型,造成 $\gamma_{\xi,\nu}^{2}$ 较大的主要来源有三类。第一,幅度与相位
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对本文的动态\gls{cp} 模型,造成 $\gamma_{\xi,\nu}^{2}$ 较大的主要来源有三类。第一,幅度与相位
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干扰参数张成了与 $\mathbf g_{\ell,p}^{\mathrm{cp}}$ 和
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$j\mathbf g_{\ell,p}^{\mathrm{cp}}$ 相关的局部子空间,主参数导数中落在该子空间的分量会被
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式~\eqref{eq:A7_efim_projection_interpret} 投影掉。第二,短观测窗口内
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@@ -1044,7 +1044,7 @@ $\mathcal T_{\mathrm{sub}}=\{\tau_{p_1},\ldots,\tau_{p_Q}\}$,则
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2\Re\{(\mathbf J_{\mathrm{full}}^{\mathrm{cp}})^{\Herm}\mathbf R_n^{-1}\mathbf J_{\mathrm{full}}^{\mathrm{cp}}\},
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\end{equation}
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再按 $[\boldsymbol\eta^{\Tran},(\boldsymbol\psi^{\mathrm{cp}}_{\mu})^{\Tran}]^{\Tran}$ 分块执行 Schur 补得到式~\eqref{eq:A7_Ieff_cp}。最后,对 relaxed 连续相位模型,应同时用完整 \gls{fim} 消元和投影式~\eqref{eq:A7_Ieff_rel_ext} 计算一次,两者应在数值精度内一致;该检查可以有效排除 $\mathbf g^{\mathrm{cp}}_{\ell,p}$、$\mathbf D^{\mathrm{rel}}_{\mathrm{ext},\ell,p}$、噪声方差系数和 Kronecker 堆叠顺序的实现错误。
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再按 $[\boldsymbol\eta^{\Tran},(\boldsymbol\psi^{\mathrm{cp}}_{\mu})^{\Tran}]^{\Tran}$ 分块执行 Schur 补得到式~\eqref{eq:A7_Ieff_cp}。最后,对 relaxed \gls{cp} 模型,应同时用完整 \gls{fim} 消元和投影式~\eqref{eq:A7_Ieff_rel_ext} 计算一次,两者应在数值精度内一致;该检查可以有效排除 $\mathbf g^{\mathrm{cp}}_{\ell,p}$、$\mathbf D^{\mathrm{rel}}_{\mathrm{ext},\ell,p}$、噪声方差系数和 Kronecker 堆叠顺序的实现错误。
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\subsubsection{关于噪声方差参数的说明}
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@@ -1056,13 +1056,13 @@ $\mathcal T_{\mathrm{sub}}=\{\tau_{p_1},\ldots,\tau_{p_Q}\}$,则
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\frac{M_\ell P T}{\sigma_\ell^2}.
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\end{equation}
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因此,无论在连续相位模型还是 relaxed 连续相位模型下,将 $\sigma_\ell$ 视为未知量都只会在 \gls{fim} 中附加与其他参数解耦的对角块,不改变式~\eqref{eq:A7_Ieff_cp}、\eqref{eq:A7_Ieff_rel_ext} 和 \eqref{eq:A7_Ieff_rel_eta} 的形式。
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因此,无论在\gls{cp} 模型还是 relaxed \gls{cp} 模型下,将 $\sigma_\ell$ 视为未知量都只会在 \gls{fim} 中附加与其他参数解耦的对角块,不改变式~\eqref{eq:A7_Ieff_cp}、\eqref{eq:A7_Ieff_rel_ext} 和 \eqref{eq:A7_Ieff_rel_eta} 的形式。
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因此,本小节给出的不是新的动态模型,而是正文连续相位模型和 relaxed 连续相位处理的 Fisher 信息表达。它与\appref{sec:A8_dynIndependentPhaseCrb} 的比较应围绕``是否保留跨帧绝对相位连续性''展开,而不是围绕不同的主参数定义展开。
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因此,本小节给出的不是新的动态模型,而是正文\gls{cp} 模型和 relaxed \gls{cp} 处理的 Fisher 信息表达。它与\appref{sec:A8_dynIndependentPhaseCrb} 的比较应围绕``是否保留跨帧绝对相位连续性''展开,而不是围绕不同的主参数定义展开。
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\subsection{独立相位 IP 基线 EFIM}
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\label{sec:A8_dynIndependentPhaseCrb}
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本附录仅对应第~\ref{subsec:independentPhaseModel} 小节中的独立相位基线模型。这里的``独立相位''是指:每个观测块 $(\ell,p)$ 具有各自的\emph{独立未知初始相位} $\vartheta_{\ell,p}$,这些相位不再受同一颗卫星公共相位的结构约束;但它们仍是\emph{确定性未知参数},而不是按某个先验分布生成的随机变量。因此,本附录与正文及\appref{sec:A7_dynDoaDopplerCrb} 一样,采用\emph{确定性参数 \gls{crb}},而不再引入 hybrid \gls{crb}。
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本附录仅对应第~\ref{subsec:independentPhaseModel} 小节中的\gls{ip} 基线模型。这里的``独立相位''是指:每个观测块 $(\ell,p)$ 具有各自的\emph{独立未知初始相位} $\vartheta_{\ell,p}$,这些相位不再受同一颗卫星公共相位的结构约束;但它们仍是\emph{确定性未知参数},而不是按某个先验分布生成的随机变量。因此,本附录与正文及\appref{sec:A7_dynDoaDopplerCrb} 一样,采用\emph{确定性参数 \gls{crb}},而不再引入 hybrid \gls{crb}。
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主参数统一定义为
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@@ -1078,11 +1078,11 @@ $\mathcal T_{\mathrm{sub}}=\{\tau_{p_1},\ldots,\tau_{p_Q}\}$,则
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\boldsymbol\eta\in\mathbb R^3,
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\end{equation}
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并继续将 $\dot\nu_{\mathrm{ref}}$ 作为干扰参数处理。为避免与正文和\appref{sec:A7_dynDoaDopplerCrb} 重复,这里只保留独立相位模型对应的最小定义、导数记号与 \gls{efim} 结构。
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并继续将 $\dot\nu_{\mathrm{ref}}$ 作为干扰参数处理。为避免与正文和\appref{sec:A7_dynDoaDopplerCrb} 重复,这里只保留\gls{ip} 模型对应的最小定义、导数记号与 \gls{efim} 结构。
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\subsubsection{沿用正文独立相位模型的最小定义与导数记号}
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沿用第~\ref{subsec:independentPhaseModel} 小节中的块级独立相位建模。对任意卫星 $\ell=0,\ldots,L-1$ 与帧 $p=0,\ldots,P-1$,定义局部归一化 Doppler 为
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沿用第~\ref{subsec:independentPhaseModel} 小节中的块级\gls{ip} 建模。对任意卫星 $\ell=0,\ldots,L-1$ 与帧 $p=0,\ldots,P-1$,定义局部归一化 Doppler 为
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\begin{equation}
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\bar\nu_{\ell,p}
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@@ -1100,7 +1100,7 @@ $\mathcal T_{\mathrm{sub}}=\{\tau_{p_1},\ldots,\tau_{p_Q}\}$,则
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\label{eq:A8_IP_omegagamma_map}
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\end{equation}
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于是独立相位模板写为
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于是\gls{ip} 模板写为
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%
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\begin{equation}
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\phi^{\mathrm{ip}}_{\ell,p}(t)
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@@ -1163,7 +1163,7 @@ $\mathcal T_{\mathrm{sub}}=\{\tau_{p_1},\ldots,\tau_{p_Q}\}$,则
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\rho_{\ell,p}^{\mathrm{ip}}\in\mathbb R_{\ge0}.
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\end{equation}
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%
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这里的 $\vartheta_{\ell,p}$ 是第 $(\ell,p)$ 个观测块的独立未知初始相位;与连续相位模型相比,跨帧绝对相位连续性已经被这些块级相位参数吸收。
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这里的 $\vartheta_{\ell,p}$ 是第 $(\ell,p)$ 个观测块的独立未知初始相位;与\gls{cp} 模型相比,跨帧绝对相位连续性已经被这些块级相位参数吸收。
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对角度参数 $x\in\{\alpha,\beta\}$,记
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@@ -1275,7 +1275,7 @@ $\mathcal T_{\mathrm{sub}}=\{\tau_{p_1},\ldots,\tau_{p_Q}\}$,则
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\subsubsection{完整参数的 Fisher 信息矩阵}
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定义独立相位模型的干扰参数向量为
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定义\gls{ip} 模型的干扰参数向量为
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\begin{equation}
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\boldsymbol\psi^{\mathrm{ip}}_{\mu}
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@@ -1448,18 +1448,18 @@ $\mathcal T_{\mathrm{sub}}=\{\tau_{p_1},\ldots,\tau_{p_Q}\}$,则
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\label{eq:A8_IP_CRB_eta}
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\end{equation}
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式~\eqref{eq:A8_IP_EFIM_eta} 给出的正是独立相位模型下,未知 $\dot\nu_{\mathrm{ref}}$ 对主参数 $(\alpha,\beta,\nu_{\mathrm{ref}})$ 的信息损失形式。与正文研究主线一致,这里的关键不在于再引入更高维动态状态,而在于比较:在相同短窗条件下,连续相位模型和独立相位模型分别能为主参数保留多少有效信息。
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式~\eqref{eq:A8_IP_EFIM_eta} 给出的正是\gls{ip} 模型下,未知 $\dot\nu_{\mathrm{ref}}$ 对主参数 $(\alpha,\beta,\nu_{\mathrm{ref}})$ 的信息损失形式。与正文研究主线一致,这里的关键不在于再引入更高维动态状态,而在于比较:在相同短窗条件下,\gls{cp} 模型和\gls{ip} 模型分别能为主参数保留多少有效信息。
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\subsubsection{与 A7 中 relaxed 连续相位结果的关系}
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式~\eqref{eq:A8_IP_FIM_etadotnu} 给出的扩展 \gls{fim}的投影型结构与\appref{sec:A7_dynDoaDopplerCrb} 中 relaxed 连续相位模型的结果形式一致,但两者对应的\emph{时间模板不同}:
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式~\eqref{eq:A8_IP_FIM_etadotnu} 给出的扩展 \gls{fim}的投影型结构与\appref{sec:A7_dynDoaDopplerCrb} 中 relaxed \gls{cp} 模型的结果形式一致,但两者对应的\emph{时间模板不同}:
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\begin{itemize}
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\item \appref{sec:A7_dynDoaDopplerCrb} 使用的是连续相位模板 $\mathbf g^{\mathrm{cp}}_{\ell,p}$,其中通过 $t_{p,t}=\tau_p+t$ 保留了跨帧绝对相位连续性;
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||||
\item 本附录使用的是独立相位模板 $\mathbf g^{\mathrm{ip}}_{\ell,p}$,其中帧间常相位项已被 $\vartheta_{\ell,p}$ 吸收,只保留帧内局部相位演化。
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||||
\item \appref{sec:A7_dynDoaDopplerCrb} 使用的是\gls{cp} 模板 $\mathbf g^{\mathrm{cp}}_{\ell,p}$,其中通过 $t_{p,t}=\tau_p+t$ 保留了跨帧绝对相位连续性;
|
||||
\item 本附录使用的是\gls{ip} 模板 $\mathbf g^{\mathrm{ip}}_{\ell,p}$,其中帧间常相位项已被 $\vartheta_{\ell,p}$ 吸收,只保留帧内局部相位演化。
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||||
\end{itemize}
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因此,两类模型的差异不在 Schur 补的代数形式本身,而在模板里是否保留跨帧连续相位结构。这也正是正文中``连续相位 vs.~独立相位''对比的统计本质。
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因此,两类模型的差异不在 Schur 补的代数形式本身,而在模板里是否保留跨帧连续相位结构。这也正是正文中``\gls{cp} vs.~\gls{ip}''对比的统计本质。
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||||
从 \gls{efim} 病态的角度看,独立相位模型与 relaxed 连续相位模型共享同一类投影解释。若定义白化 Jacobian
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从 \gls{efim} 病态的角度看,\gls{ip} 模型与 relaxed \gls{cp} 模型共享同一类投影解释。若定义白化 Jacobian
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%
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\begin{equation}
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\bar{\mathbf J}^{\mathrm{ip}}_{\eta}
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@@ -1486,9 +1486,9 @@ $\mathcal T_{\mathrm{sub}}=\{\tau_{p_1},\ldots,\tau_{p_Q}\}$,则
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\label{eq:A8_IP_EFIM_projection}
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\end{equation}
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因此,独立相位模型下的弱可辨识方向仍由
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因此,\gls{ip} 模型下的弱可辨识方向仍由
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$\mathcal P^{\perp}_{\bar{\mathbf J}^{\mathrm{ip}}_{\psi}}\bar{\mathbf J}^{\mathrm{ip}}_{\eta}$
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的秩和最小奇异方向决定。与 A7 中的 relaxed 连续相位模型相比,二者的主要区别不在
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的秩和最小奇异方向决定。与 A7 中的 relaxed \gls{cp} 模型相比,二者的主要区别不在
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Schur 补代数形式,而在 $\mathbf g^{\mathrm{ip}}_{\ell,p}$ 使用局部时间索引并允许每个
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$(\ell,p)$ 块具有独立相位 $\vartheta_{\ell,p}$。这些自由相位会吸收跨帧绝对相位所携带的公共
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Doppler 截距信息,因此通常不会缓解 \gls{doa}--Doppler--rate 耦合,而是构成一个更保守的相干性基线。
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@@ -1506,4 +1506,4 @@ Doppler 截距信息,因此通常不会缓解 \gls{doa}--Doppler--rate 耦合
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因此,将 $\sigma_\ell$ 视为未知量不会改变式~\eqref{eq:A8_IP_FIM_etadotnu} 与式~\eqref{eq:A8_IP_EFIM_eta} 的形式,只是在完整 \gls{fim}中附加一个与其他参数解耦的对角块。
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至此,动态多帧主线的两类性能界已经形成闭环: \appref{sec:A7_dynDoaDopplerCrb} 对应连续相位/relaxed 连续相位模型,本附录对应独立相位基线模型。二者共享同一主参数 $\boldsymbol\eta$,因而可以直接比较相位连续性对 \gls{doa}--Doppler 信息保留能力的影响。
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至此,动态多帧主线的两类性能界已经形成闭环: \appref{sec:A7_dynDoaDopplerCrb} 对应\gls{cp}/relaxed \gls{cp} 模型,本附录对应\gls{ip} 基线模型。二者共享同一主参数 $\boldsymbol\eta$,因而可以直接比较相位连续性对 \gls{doa}--Doppler 信息保留能力的影响。
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