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高阶谱分析外文介绍,内附有matlab程序
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For Use with MATLAB
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Higher-Order Spectral
Analysis Toolbox
User’s Guide
Version 2
Ananthram Swami
Jerry M. Mendel
Chrysostomos L. (Max) Nikias
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Higher-Order Spectral Analysis Toolbox User’s Guide
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Printing History: May 1993 First printing (The MathWorks)
September 1995 Second printing (The MathWorks)
January 1998 Third printing (The MathWorks)
i
Contents
About the Authors
1
Tutorial
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2
Polyspectra and Linear Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-4
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-4
Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-6
Why Do We Need Higher-Order Statistics? . . . . . . . . . . . . . . . 1-10
Bias and Variance of an Estimator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-11
Estimating Cumulants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-12
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-14
Estimating Polyspectra and Cross-polyspectra . . . . . . . . . . . . 1-15
Estimating the Power Spectrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-15
Estimating Bispectra and Cross-Bispectra . . . . . . . . . . . . . 1-16
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-18
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-19
Estimating Bicoherence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-20
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-20
Testing for Linearity and Gaussianity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-22
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-24
ii Contents
Parametric Estimators, ARMA Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-26
MA Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-29
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-30
AR Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-31
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-32
ARMA Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-32
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-34
AR Order Determination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-34
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-35
MA Order Determination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-36
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-37
Linear Processes: Impulse Response Estimation . . . . . . . . . . . 1-37
The Polycepstral Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-38
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-39
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-41
The Matsuoka-Ulrych Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-41
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-42
Linear Processes: Theoretical Cumulants and Polyspectra . . 1-43
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-43
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-45
Linear Prediction Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-47
Levinson Recursion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-47
Trench Recursion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-49
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-50
Deterministic Formulation of FBLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-53
Adaptive Linear Prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-54
RIV Algorithm: Transversal Form . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-56
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-57
RIV Algorithm: Double-Lattice Form . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-58
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-60
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-61
Harmonic Processes and DOA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-62
Resolution and Variance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-65
AR and ARMA Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-66
Pisarenko’s Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-67
Multiple Signal Classification (MUSIC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-68
Minimum-Norm Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-69
ESPRIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-70
iii
Criterion-Based Estimators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-72
Cumulant-Based Estimators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-74
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-75
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-77
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-79
Nonlinear Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-80
Solution Using Cross-Bispectra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-80
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-82
Solution Using FTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-82
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-83
Quadratic Phase Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-84
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-87
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-88
Time-Frequency Distributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-89
Wigner Spectrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-90
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-93
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-94
Wigner Bispectrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-94
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-96
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-97
Wigner Trispectrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-98
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-99
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-100
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-100
Time-Delay Estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-101
A Cross-Correlation Based Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-101
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-103
A Cross-Cumulant Based Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-103
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-105
A Hologram Based Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-105
Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-107
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-107
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