Spectral density estimation is a core problem of system identification, which is an important research area of system control and signal processing. There have been numerous results on the design of spectral density estimators. However to our best knowledge, quantitative error analyses of the spectral density estimation have not been proposed yet. In real practice, there are two main factors which induce errors in the spectral density estimation, including the external additive noise and the limited number of samples. In this paper, which is a very preliminary version, we first consider a univariate spectral density estimator using covariance lags. The estimation task is performed by a convex optimization scheme, and the covariance lags of the estimated spectral density are exactly as desired, which makes it possible for quantitative error analyses such as to derive tight error upper bounds. We analyze the errors induced by the two factors and propose upper and lower bounds for the errors. Then the results of the univariate spectral estimator are generalized to the multivariate one.


翻译:谱密度估计是系统识别的核心问题,是系统控制和信号处理等重要领域的研究方向。已经有大量关于谱密度估计器设计的结果,但是据我们所知,尚未提出过谱密度估计的定量误差分析。在实际应用中,有两个主要因素会导致谱密度估计的误差,包括外部添加噪声和样本数量有限。在本文中,我们首先考虑使用协方差滞后的单元谱密度估计器。采用凸优化方案进行估计任务,并且估计谱密度的协方差滞后恰好与所需一致,从而可以进行类似于推导紧密误差上界的定量误差分析。我们分析了这两个因素引起的误差,并提出了误差的上下界。然后将单元谱估计器的结果推广到多元谱密度估计器。

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