Die optimale Fehlergenauigkeit des ESPRIT-Algorithmus unter hohem Rauschen

Keskeiset käsitteet

Der ESPRIT-Algorithmus kann unter bestimmten Annahmen über Verzerrung und hohes Rauschen eine deutlich verbesserte Fehlergenauigkeit von e^O(n^-1.5) erreichen, was über die Nyquist-Fehlergenauigkeit hinausgeht.

Tiivistelmä

Der Artikel untersucht die Leistungsfähigkeit des ESPRIT-Algorithmus (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariant Techniques) zur spektralen Schätzung unter Bedingungen von Verzerrung und hohem Rauschen.

Zunächst wird gezeigt, dass der ESPRIT-Algorithmus eine zentrale Grenzwertfehlergenauigkeit von e^O(n^-0.5) erreichen kann, wobei n die Abtastfrequenz ist. Dies entspricht der klassischen Super-Auflösung, wenn das Rauschen und die Verzerrung gering sind.

Der Hauptbeitrag des Artikels ist jedoch der Nachweis, dass der ESPRIT-Algorithmus unter bestimmten Annahmen eine optimale Fehlergenauigkeit von e^O(n^-1.5) erreichen kann. Dies stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber der zentralen Grenzwertfehlergenauigkeit dar und geht über die Nyquist-Fehlergrenze hinaus. Dieser Nachweis erfordert neue Ergebnisse zur Störungstheorie von Eigenvektoren, die auch unabhängig von Interesse sein könnten.

Zusätzlich wird ein theoretischer Untergrenzennachweis erbracht, der zeigt, dass die e^O(n^-1.5)-Fehlergenauigkeit optimal ist und von keinem Algorithmus übertroffen werden kann.

Tilastot

Die Fehlergenauigkeit der Ortungsschätzung des ESPRIT-Algorithmus beträgt O(α√log n / (µr√∆z) + r^3/2 · (rα^2 log n) / (µ^2_r ∆z n^3/2)).
Die Fehlergenauigkeit der Intensitätsschätzung des ESPRIT-Algorithmus beträgt O(r^2.5 α^3 / (µ^3_r ∆^1.5_z √n)).

Lainaukset

"Der ESPRIT-Algorithmus kann unter bestimmten Annahmen über Verzerrung und hohes Rauschen eine deutlich verbesserte Fehlergenauigkeit von e^O(n^-1.5) erreichen, was über die Nyquist-Fehlergenauigkeit hinausgeht."
"Dieser Nachweis erfordert neue Ergebnisse zur Störungstheorie von Eigenvektoren, die auch unabhängig von Interesse sein könnten."

Tärkeimmät oivallukset

The ESPRIT algorithm under high noise

by Zhiyan Ding,... klo arxiv.org 04-08-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.03885.pdf

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