1.4.1 感知信息论的原创性概念
C1:空间信息
我们将空间信息定义为接收信号与目标距离和目标散射的联合互信息,从而将距离信息和幅度信息纳入统一定义的框架[43]。Xu等人[44]将空间信息的概念推广到天线阵列,给出了DOA信息和散射信息的统一定义。Xu等人[45]将空间信息推广到相控阵雷达,给出了联合距离-方向-散射信息的概念。我们还进一步推导出距离信息和方向信息公式[46-47],最近又进一步研究了更复杂的相控阵雷达和MIMO雷达的联合距离-方向信息,推导出联合距离-方向信息公式。
C2:熵误差
我们提出用熵误差评价雷达的性能[44],将熵误差定义为后验微分熵的熵功率。熵误差优于均方误差的原因是,在中低SNR条件下,判决统计量不是二阶统计量,均方误差不能完全反映系统性能。我们进一步研究了空间信息与克拉美罗界 (CRB)的关系,证明了在高SNR条件下,CRB等价于距离信息的渐近上界。熵误差作为雷达性能的理论极限,不依赖特定的估计方法,适于各种SNR的工作条件,为雷达波形设计提供了理论依据。最近,我们还推导出联合距离-方向熵误差公式[46-48]。
C3:空间分辨率
在我们近期用感知信息论解释雷达分辨率的研究工作中发现[49],可以通过特征信道的散射信息定义空间分辨率其中,ρ为SNR的平方根;β为信号的均方根带宽。空间分辨率不仅与信号带宽有关,还与SNR有关。空间分辨率在理论上具有超分辨的可能性,并已获得多维最大似然估计方法的验证。传统分辨率是指一维最大似然估计方法的分辨能力。由于分辨率在本质上是多维问题,因此多维最大似然估计方法的超分辨率与传统分辨率并不矛盾。
空间分辨率可进一步被推广到二维联合分辨率,包括距离-多普勒分辨率和距离-方向分辨率[50-53]。
C4:检测信息
通过引入目标存在状态变量,我们建立了目标检测与参数估计的系统模型,给出了感知信息的严格定义,证明了感知信息是目标检测信息与已知目标存在状态的空间信息之和,在理论上解决了感知信息的定量问题。检测信息被定义为接收信号与目标存在状态之间的互信息,可作为目标检测器性能的评价指标[42,54-55]。