<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xml:lang="en" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="nlm-ta">Sensors</journal-id>
<journal-title>Sensors</journal-title>
<issn pub-type="epub">1424-8220</issn>
<publisher>
<publisher-name>Molecular Diversity Preservation International (MDPI)</publisher-name></publisher></journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3390/s120404730</article-id>
<article-id pub-id-type="publisher-id">sensors-12-04730</article-id>
<article-categories>
<subj-group>
<subject>Article</subject></subj-group></article-categories>
<title-group>
<article-title>Rao and Wald Tests for Nonhomogeneous Scenarios</article-title></title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Hao</surname><given-names>Chengpeng</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="af1-sensors-12-04730"><sup>1</sup></xref><xref ref-type="corresp" rid="c1-sensors-12-04730"><sup>*</sup></xref></contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Orlando</surname><given-names>Danilo</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="af2-sensors-12-04730"><sup>2</sup></xref></contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Hou</surname><given-names>Chaohuan</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="af1-sensors-12-04730"><sup>1</sup></xref></contrib></contrib-group>
<aff id="af1-sensors-12-04730">
<label>1</label> The State Key Laboratory of Acoustics, Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China</aff>
<aff id="af2-sensors-12-04730">
<label>2</label> Elettronica S.P.A., Via Tiburtina Valeria, Rome 00131, Italy</aff>
<author-notes>
<corresp id="c1-sensors-12-04730">
<label>*</label>Author to whom correspondence should be addressed; E-Mail: <email>haochengp@mail.ioa.ac.cn</email>; Tel: +86-10-8254-7719; Fax: +86-10-8254-7705.</corresp></author-notes>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2012</year></pub-date>
<pub-date pub-type="epub">
<day>12</day>
<month>4</month>
<year>2012</year></pub-date>
<volume>12</volume>
<issue>4</issue>
<fpage>4730</fpage>
<lpage>4736</lpage>
<history>
<date date-type="received">
<day>12</day>
<month>3</month>
<year>2012</year></date>
<date date-type="rev-recd">
<day>28</day>
<month>3</month>
<year>2012</year></date>
<date date-type="accepted">
<day>29</day>
<month>3</month>
<year>2012</year></date></history>
<permissions>
<copyright-statement>© 2012 by the authors; licensee MDPI, Basel, Switzerland.</copyright-statement>
<copyright-year>2012</copyright-year>
<license>
<p>This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution license (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/).</p></license></permissions>
<abstract>
<p>In this paper, we focus on the design of adaptive receivers for nonhomogeneous scenarios. More precisely, at the design stage we assume a mismatch between the covariance matrix of the noise in the cell under test and that of secondary data. Under the above assumption, we show that the Wald test is the adaptive matched filter, while the Rao test coincides with the receiver obtained by using the Rao test design criterion in homogeneous environment, hence providing a theoretical explanation of the enhanced selectivity of this receiver.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>nonhomogeneous scenarios</kwd>
<kwd>Rao test</kwd>
<kwd>Wald test</kwd>
<kwd>mismatch</kwd></kwd-group></article-meta></front>
<body>
<sec sec-type="intro">
<label>1.</label>
<title>Introduction</title>
<p>In recent years adaptive detection of targets embedded in Gaussian disturbance with unknown spectral properties has received an increased attention in the signal processing community. In the seminal paper by Kelly [<xref ref-type="bibr" rid="b1-sensors-12-04730">1</xref>], the generalized likelihood ratio test (GLRT) is used to design an adaptive decision scheme capable of detecting a signal known up to a scaling factor in presence of Gaussian disturbance with unknown covariance matrix. Moreover, it is assumed that a set of secondary data free of signal components, but sharing the same spectral properties of the noise in the cell under test (CUT), is available (homogeneous environment). In [<xref ref-type="bibr" rid="b2-sensors-12-04730">2</xref>] the authors derive the so-called adaptive matched filter (AMF), whose design relies on the so-called two-step GLRT-based design procedure. In fact, its design is split into two steps: first a non-adaptive GLRT for known covariance matrix is derived; then, the fully-adaptive version of the GLRT is obtained by replacing the unknown matrix with a proper estimate. Other design criteria have been investigated as an alternative to the GLRT over the years. In particular, in [<xref ref-type="bibr" rid="b3-sensors-12-04730">3</xref>] a novel derivation of the AMF is proposed by resorting to the Wald test design criterion for the homogeneous environment. In [<xref ref-type="bibr" rid="b4-sensors-12-04730">4</xref>], the Rao test is used to derive a detector (referred to in the following as H-RAO) that exhibits enhanced rejection capabilities of mismatched signals [<xref ref-type="bibr" rid="b5-sensors-12-04730">5</xref>–<xref ref-type="bibr" rid="b7-sensors-12-04730">7</xref>].</p>
<p>However, the homogeneous environment is an assumption that might not be met in realistic situations: see, for example, ([<xref ref-type="bibr" rid="b8-sensors-12-04730">8</xref>], and references therein). A slightly general model assumes that the covariance matrix of the CUT and that of secondary data coincide only up to a scale factor. This scenario is referred to as partially-homogeneous environment and has been firstly proposed in [<xref ref-type="bibr" rid="b9-sensors-12-04730">9</xref>], where the authors apply the GLRT to derive a fully-adaptive detector, referred to as the adaptive coherence estimator (ACE) but also as adaptive normalized matched filter [<xref ref-type="bibr" rid="b10-sensors-12-04730">10</xref>]. Interestingly, in [<xref ref-type="bibr" rid="b11-sensors-12-04730">11</xref>] it is proven that Rao and Wald tests for partially-homogeneous environment coincide with the ACE.</p>
<p>Another model of interest assumes that CUT and secondary data share the same covariance matrix of the thermal noise plus clutter, but, in addition, the CUT contains a noise-like interferer [<xref ref-type="bibr" rid="b12-sensors-12-04730">12</xref>]. Such a covariance mismatch can lead to receivers that are less inclined to reveal signals that produce steering vectors different from the nominal one (selective receivers) [<xref ref-type="bibr" rid="b13-sensors-12-04730">13</xref>]. In [<xref ref-type="bibr" rid="b12-sensors-12-04730">12</xref>] the authors show that the GLRT for this problem is the ACE, providing, as a byproduct, a theoretical explanation of the good rejection capabilities of such a receiver. The above model is modified in [<xref ref-type="bibr" rid="b14-sensors-12-04730">14</xref>], where it is assumed that the noise-like interferer is orthogonal to the nominal steering vector in the whitened observation space. The goal is to induce the rejection of only those signals which are sufficiently far from the nominal steering vector. As a matter of fact, the GLRT for this constrained problem is Kelly's detector, which offers a good tradeoff between detection performance of mainlobe targets and rejection capabilities of sidelobe interferers [<xref ref-type="bibr" rid="b14-sensors-12-04730">14</xref>].</p>
<p>In this work, we use the Wald test and the Rao test design criteria to solve the latter detection problem. In particular, we show that these design criteria yield the decision statistics that have been obtained for the homogeneous environment, <italic>i.e.</italic>, the Wald test is the AMF, while the Rao test coincides with the H-RAO. Moreover, the latter coincidence provides, as a byproduct, an alternative explanation of the excellent selectivity exhibited by the H-RAO in the homogeneous scenario; in fact, taking into account the noise-like interferer at the design stage can make it possible to reject the signal-plus-noise hypothesis as the degree of mismatch between the received signal and the postulated one increases. The interested reader is referred to ([<xref ref-type="bibr" rid="b5-sensors-12-04730">5</xref>] and references therein) for the performance assessment of the above detectors in comparison to existing receivers in open literature.</p>
<p>The remainder of the paper is organized as follows: the next section is devoted to the problem formulation while Section III addresses detector designs. Finally, Section IV contains some concluding remarks and potential directions for future works.</p></sec>
<sec>
<label>2.</label>
<title>Problem Formulation</title>
<p>Assume that a linear array formed by <italic>N<sub>a</sub></italic> ∈ IN antennas senses the cell under test and that each antenna collects <italic>N<sub>t</sub></italic> ∈ IN samples. Denote by <italic>z</italic> ∈ ℂ <italic><sup>N</sup></italic><sup>×</sup><italic><sup>1</sup></italic> the <italic>N</italic>-dimensional vector, with <italic>N</italic> = <italic>N<sub>a</sub>N<sub>t</sub></italic>, containing returns from the CUT. We want to test whether or not <italic>z</italic> contains useful target echoes. As customary, we assume that a set of <italic>K</italic> ∈ IN secondary data, <italic>z<sub>k</sub></italic> ∈ ℂ<italic><sup>N</sup></italic><sup>×1</sup>, <italic>k</italic> = 1,…, <italic>K, K</italic> ≥ <italic>N</italic>, namely data free of signal components is available.</p>
<p>The detection problem at hand can be formulated as follows:
<disp-formula id="FD1">
<label>(1)</label>
<mml:math id="mm1" display="block">
<mml:semantics id="sm1">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">z</mml:mtext>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">n</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd/></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">z</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">n</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">z</mml:mtext>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">υ</mml:mtext>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">n</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd/></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">z</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">n</mml:mtext>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>…</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p><italic><bold>υ</bold></italic> ∈ ℂ<italic><sup>N</sup></italic><sup>×1</sup> is the nominal steering vector;</p></list-item>
<list-item>
<p><italic><bold>n</bold><sub>k</sub></italic> ∈ ℂ<italic><sup>N</sup></italic><sup>×1</sup>, <italic>k</italic> = 1,…, <italic>K</italic>, are independent and identically distributed complex normal random vectors with zero mean and unknown, positive definite covariance matrix <italic><bold>M</bold></italic> ∈ ℂ<italic><sup>N</sup></italic><sup>×</sup><italic><sup>N</sup>, i.e., <italic><bold>n</bold></italic><sub>k</sub></italic> ∼ 
<inline-graphic xlink:href="sensors-12-04730i1.gif"/><italic><sub>N</sub></italic>(<italic><bold>0</bold></italic>, <italic><bold>M</bold></italic>), <italic>k</italic> = 1,…, <italic>K</italic>, see ([<xref ref-type="bibr" rid="b5-sensors-12-04730">5</xref>] and references therein);</p></list-item>
<list-item>
<p><italic>n</italic> ∼ 
<inline-graphic xlink:href="sensors-12-04730i1.gif"/><italic><sub>N</sub></italic>(0, <italic><bold>M</bold></italic> + <italic><bold>qq</bold></italic><sup>†</sup>), where <italic>q</italic> ∈ℂ<italic><sup>N</sup></italic><sup>×1</sup> is due to a noise-like interferer and <sup>†</sup> denotes conjugate transpose. Moreover, we assume that <italic><bold>q</bold></italic> is orthogonal to the nominal steering vector in the whitened observation space, namely
<disp-formula id="FD2">
<label>(2)</label>
<mml:math id="mm2" display="block">
<mml:semantics id="sm2">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">q</mml:mtext>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">M</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">υ</mml:mtext>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></list-item>
<list-item>
<p><italic>α</italic> ∈ ℂ an unknown (deterministic) factor which accounts for both target and channel effects.</p></list-item></list></p>
<p>Notice that the probability density function (pdf) of <italic>z</italic> and <italic><bold>Z</bold></italic> ≡ [<italic>z</italic><sub>1</sub>,…, <italic>z<sub>K</sub></italic>] under <italic>H</italic><sub>1</sub> (and assuming that <xref rid="FD2" ref-type="disp-formula">Equation (2)</xref> holds true) is given by
<disp-formula id="FD3">
<label>(3)</label>
<mml:math id="mm3" display="block">
<mml:semantics id="sm3">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">Z</mml:mtext>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>exp</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mtext>tr</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">M</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>π</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>det</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">M</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">q</mml:mtext>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">M</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">q</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mo>exp</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">M</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">q</mml:mtext></mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">q</mml:mtext>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">M</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">q</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>In <xref rid="FD3" ref-type="disp-formula">Equation (3)</xref> 
<inline-formula>
<mml:math id="mm4" display="inline">
<mml:semantics id="sm4">
<mml:mrow>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mo>∑</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi></mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> and 
<inline-formula>
<mml:math id="mm5" display="inline">
<mml:semantics id="sm5">
<mml:mrow>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>ℝ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> is the parameter vector, <italic>i.e.</italic>,
<disp-formula id="FD4">
<label>(4)</label>
<mml:math id="mm6" display="block">
<mml:semantics id="sm6">
<mml:mrow>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">q</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">q</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">f</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">M</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p><italic>α<sub>r</sub>, α<sub>i</sub></italic> ∈ ℝ denote the real and imaginary part of <italic>α</italic>, respectively;</p></list-item>
<list-item>
<p><italic><sup>T</sup></italic> denotes transpose;</p></list-item>
<list-item>
<p>
<inline-formula>
<mml:math id="mm7" display="inline">
<mml:semantics id="sm7">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mi>A</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi></mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>ℝ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> and 
<inline-formula>
<mml:math id="mm8" display="inline">
<mml:semantics id="sm8">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mi>B</mml:mi></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">q</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">q</mml:mtext>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">f</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">M</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup>
<mml:mo>∈</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>ℝ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>×</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>; and observe that <italic><bold>θ</bold><sub>A</sub></italic> contains the parameters of interest while <italic><bold>θ</bold><sub>B</sub></italic> contains the nuisance parameters;</p></list-item>
<list-item>
<p><italic><bold>f</bold>(<bold>M</bold>)</italic> ∈ ℝ<italic>N</italic><sup>2×1</sup> is a vector that contains in univocal way the real and the imaginary parts of the elements of <italic><bold>M</bold></italic>.</p></list-item></list></p>
<p>As a preliminary step towards the derivation of the receivers, denote by <italic><bold>J</bold></italic>(<italic><bold>θ</bold></italic>) the Fisher information matrix, which can be written as follows [<xref ref-type="bibr" rid="b15-sensors-12-04730">15</xref>]
<disp-formula id="FD5">
<label>(5)</label>
<mml:math id="mm9" display="block">
<mml:semantics id="sm9">
<mml:mrow>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">J</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">J</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">J</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">J</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">J</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where
<disp-formula id="FD6">
<label>(6)</label>
<mml:math id="mm10" display="block">
<mml:semantics id="sm10">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">J</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">J</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">J</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">J</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p></sec>
<sec sec-type="methods">
<label>3.</label>
<title>Detector Designs</title>
<p>In this section we solve the binary hypothesis testing <xref rid="FD1" ref-type="disp-formula">problem (1)</xref> by applying the Wald and the Rao test design criteria. Notice that <xref rid="FD1" ref-type="disp-formula">problem (1)</xref> amounts to testing <italic>H</italic><sub>0</sub>: <italic>α</italic> = 0 against the alternative that <italic>α</italic> is unrestricted.</p>
<sec>
<label>3.1.</label>
<title>Wald Test Design</title>
<p>The Wald test is the following decision rule [<xref ref-type="bibr" rid="b15-sensors-12-04730">15</xref>]
<disp-formula id="FD7">
<label>(7)</label>
<mml:math id="mm11" display="block">
<mml:semantics id="sm11">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&gt;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&lt;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable>
<mml:msub>
<mml:mi>η</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where 
<inline-formula>
<mml:math id="mm12" display="inline">
<mml:semantics id="sm12">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula> with <italic>θˆ<sub>A</sub></italic><sub>,1</sub> and <italic>θˆ<sub>B</sub></italic><sub>,1</sub> the maximum likelihood estimates of <italic>θ<sub>A</sub></italic> and <italic>θ<sub>B</sub></italic> under <italic>H</italic><sub>1</sub>, respectively, and <italic>η</italic><sub>1</sub> is the threshold to be set to achieve a predetermined probability of false alarm (<italic>P<sub>fa</sub></italic>). In order to evaluate <xref rid="FD7" ref-type="disp-formula">Equation (7)</xref>, observe that [<xref ref-type="bibr" rid="b13-sensors-12-04730">13</xref>]
<disp-formula id="FD8">
<label>(8)</label>
<mml:math id="mm13" display="block">
<mml:semantics id="sm13">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">J</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">I</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">M</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>υ</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <bold><italic>I</italic></bold><sub>2</sub> denotes the 2-dimensional identity matrix, and that
<disp-formula id="FD9">
<label>(9)</label>
<mml:math id="mm14" display="block">
<mml:semantics id="sm14">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>ℜ</mml:mi>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>ℑ</mml:mi>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>ℜ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mi>υ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>ℑ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mi>υ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where
<disp-formula id="FD10">
<label>(10)</label>
<mml:math id="mm15" display="block">
<mml:semantics id="sm15">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mi>υ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>is the maximum likelihood estimate of <italic>α</italic>, while ℜ{·} and ℑ{·} denote the real and the imaginary parts of the argument, respectively. Now, it remains to replace <italic>M</italic><sup>−1</sup> in <xref rid="FD8" ref-type="disp-formula">Equation (8)</xref> with its maximum likelihood estimate under <italic>H</italic><sub>1</sub> given by [<xref ref-type="bibr" rid="b14-sensors-12-04730">14</xref>]
<disp-formula id="FD11">
<label>(11)</label>
<mml:math id="mm16" display="block">
<mml:semantics id="sm16">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>β</mml:mi>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>β</mml:mi>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>β</mml:mi>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>β</mml:mi>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where
<disp-formula id="FD12">
<label>(12)</label>
<mml:math id="mm17" display="block">
<mml:semantics id="sm17">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD13">
<label>(13)</label>
<mml:math id="mm18" display="block">
<mml:semantics id="sm18">
<mml:mrow>
<mml:mi>β</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mi>υ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD14">
<label>(14)</label>
<mml:math id="mm19" display="block">
<mml:semantics id="sm19">
<mml:mrow>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>β</mml:mi>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>β</mml:mi>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>β</mml:mi>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>β</mml:mi>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>It is tedious but not difficult to show that
<disp-formula id="FD15">
<label>(15)</label>
<mml:math id="mm20" display="block">
<mml:semantics id="sm20">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">C</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">I</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">M</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">I</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">I</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>υ</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mi>υ</mml:mi></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Finally, by substituting <xref rid="FD9" ref-type="disp-formula">Equations (9)</xref> and <xref rid="FD15" ref-type="disp-formula">(15)</xref> into <xref rid="FD7" ref-type="disp-formula">Equation (7)</xref> we obtain
<disp-formula id="FD16">
<label>(16)</label>
<mml:math id="mm21" display="block">
<mml:semantics id="sm21">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&gt;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&lt;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable>
<mml:msub>
<mml:mi>η</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Notice that the left-hand side of <xref rid="FD16" ref-type="disp-formula">Equation (16)</xref> is the decision statistic of the AMF [<xref ref-type="bibr" rid="b2-sensors-12-04730">2</xref>], which can be also obtained by using the Wald test design criterion assuming <bold><italic>q</italic></bold> = 0 (homogeneous environment).</p></sec>
<sec>
<label>3.2.</label>
<title>Rao Test Design</title>
<p>The Rao test for the <xref rid="FD1" ref-type="disp-formula">problem (1)</xref> can be written as follows [<xref ref-type="bibr" rid="b15-sensors-12-04730">15</xref>]
<disp-formula id="FD17">
<label>(17)</label>
<mml:math id="mm22" display="block">
<mml:semantics id="sm22">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>∂</mml:mo>
<mml:mo>ln</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>∂</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mi>A</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>∂</mml:mo>
<mml:mo>ln</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>∂</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mi>A</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&gt;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&lt;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable>
<mml:msub>
<mml:mi>η</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p><italic>In f</italic>(<italic>z</italic>, <italic><bold>Z</bold></italic>; <italic><bold>θ</bold></italic>, <italic>H</italic><sub>1</sub>) is the natural logarithm of the pdf of <italic>z</italic> and <italic><bold>Z</bold></italic> under the <italic>H</italic><sub>1</sub> hypothesis (see <xref rid="FD3" ref-type="disp-formula">Equation (3)</xref>);</p></list-item>
<list-item>
<p><italic>C<sub>AA</sub></italic>(<italic>θˆ</italic><sub>0</sub>) = [<italic><bold>J</bold><sub>AA</sub></italic>(<italic>θˆ</italic><sub>0</sub>)]<italic><sup>−</sup></italic><sup>1</sup>, where <italic><bold>J</bold><sub>AA</sub></italic>(<italic><bold>θ</bold></italic>) is given by <xref rid="FD8" ref-type="disp-formula">Equation (8)</xref>;</p></list-item>
<list-item>
<p>
<inline-formula>
<mml:math id="mm23" display="inline">
<mml:semantics id="sm23">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mn>00</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></inline-formula>, with <italic>θˆ</italic><sub><italic>B</italic></sub>,<sub>0</sub> denoting in turn the maximum likelihood estimate of <italic>θ<sub>B</sub></italic> under <italic>H</italic><sub>0</sub>;</p></list-item>
<list-item>
<p><italic>η</italic><sub>2</sub> is the threshold to be set in order to ensure the preassigned <italic>P<sub>fa</sub></italic>.</p></list-item></list></p>
<p>It is straightforward to show that
<disp-formula id="FD18">
<label>(18)</label>
<mml:math id="mm24" display="block">
<mml:semantics id="sm24">
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>∂</mml:mo>
<mml:mo>ln</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>∂</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mi>A</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">M</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">M</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">M</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">M</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD19">
<label>(19)</label>
<mml:math id="mm25" display="block">
<mml:semantics id="sm25">
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>ℜ</mml:mi>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">M</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>ℑ</mml:mi>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">M</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi>α</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where <italic>j</italic> denotes the imaginary unit. The maximum likelihood estimate of <italic><bold>M</bold></italic> under the <italic>H<sub>0</sub></italic> hypothesis is given by [<xref ref-type="bibr" rid="b14-sensors-12-04730">14</xref>]
<disp-formula id="FD20">
<label>(20)</label>
<mml:math id="mm26" display="block">
<mml:semantics id="sm26">
<mml:mrow>
<mml:mover>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">ξ</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">ξ</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>where
<disp-formula id="FD21">
<label>(21)</label>
<mml:math id="mm27" display="block">
<mml:semantics id="sm27">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">ξ</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD22">
<label>(22)</label>
<mml:math id="mm28" display="block">
<mml:semantics id="sm28">
<mml:mrow>
<mml:mi>γ</mml:mi>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">ξ</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">ξ</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">ξ</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">ξ</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>It follows that
<disp-formula id="FD23">
<label>(23)</label>
<mml:math id="mm29" display="block">
<mml:semantics id="sm29">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>∂</mml:mo>
<mml:mo>ln</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>∂</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mi>A</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>ℜ</mml:mi>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">M</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>ℑ</mml:mi>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">M</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="FD24">
<label>(24)</label>
<mml:math id="mm30" display="block">
<mml:semantics id="sm30">
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>ℜ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>ℑ</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>and
<disp-formula id="FD25">
<label>(25)</label>
<mml:math id="mm31" display="block">
<mml:semantics id="sm31">
<mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">J</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">θ</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">I</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">M</mml:mtext>
<mml:mo stretchy="true">^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd/>
<mml:mtd>
<mml:mrow>
<mml:mo>=</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">I</mml:mtext>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>Gathering the above results, the Rao test can be recast as
<disp-formula id="FD26">
<label>(26)</label>
<mml:math id="mm32" display="block">
<mml:semantics id="sm32">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&gt;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&lt;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable>
<mml:msub>
<mml:mi>η</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula>or, equivalently, as
<disp-formula id="FD27">
<label>(27)</label>
<mml:math id="mm33" display="block">
<mml:semantics id="sm33">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mo>|</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mtext mathvariant="bold-italic">S</mml:mtext>
<mml:mo>+</mml:mo>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>†</mml:mo></mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>−</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup>
<mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&gt;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&lt;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr>
<mml:mtr columnalign="left">
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable>
<mml:msub>
<mml:mi>η</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:semantics></mml:math></disp-formula></p>
<p>which is the H-RAO [<xref ref-type="bibr" rid="b4-sensors-12-04730">4</xref>].</p></sec></sec>
<sec sec-type="conclusions">
<label>4.</label>
<title>Conclusions</title>
<p>This work addresses the adaptive detection of point-like targets in nonhomogeneous scenarios. In particular, at the design stage it is assumed that the CUT contains a noise-like interferer in addition to thermal noise, clutter, and to the possible signal of interest; a set of secondary data, free of signal components, is available: such data share a common covariance matrix that is equal to that of thermal noise plus clutter in the cell under test. Observe that the covariance mismatch between the CUT and the secondary data can lead to receivers that are less inclined to reveal a signal with the actual steering vector different from the nominal one (selective receivers). In addition, we assume that the noise-like interferer is orthogonal to the nominal steering vector in the whitened observation space. Under the above assumptions, we show that the Wald test coincides with the AMF, while the RAO test is the H-RAO. The latter result provides an alternative explanation of the good selectivity properties exhibited by the H-RAO [<xref ref-type="bibr" rid="b5-sensors-12-04730">5</xref>]. Moreover, observe that the condition (2) makes the H-RAO less selective than the DN-AMF, derived in [<xref ref-type="bibr" rid="b13-sensors-12-04730">13</xref>] using the Rao test design criterion without any constraint on the noise-like interferer.</p>
<p>As a final comment, it would be of interest to investigate under which conditions these design criteria are invariant with respect to different classes of detection problems. A preliminary step towards this direction is given in [<xref ref-type="bibr" rid="b16-sensors-12-04730">16</xref>].</p></sec></body>
<back>
<ack>
<p>This work was supported by the National Natural Science Foundations of China under Grant No. 61172166.</p></ack>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="b1-sensors-12-04730"><label>1.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kelly</surname><given-names>E.J.</given-names></name></person-group><article-title>An adaptive detection algorithm</article-title><source>IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst.</source><year>1986</year><volume>22</volume><fpage>115</fpage><lpage>127</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TAES.1986.310745</pub-id></citation></ref>
<ref id="b2-sensors-12-04730"><label>2.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Robey</surname><given-names>F.C.</given-names></name><name><surname>Fuhrman</surname><given-names>D.L.</given-names></name><name><surname>Kelly</surname><given-names>E.J.</given-names></name><name><surname>Nitzberg</surname><given-names>R.</given-names></name></person-group><article-title>A CFAR adaptive matched filter detector</article-title><source>IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst.</source><year>1992</year><volume>29</volume><fpage>208</fpage><lpage>216</lpage></citation></ref>
<ref id="b3-sensors-12-04730"><label>3.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>de Maio</surname><given-names>A.</given-names></name></person-group><article-title>A new derivation of the adaptive matched filter</article-title><source>IEEE Signal Process. Lett.</source><year>2004</year><volume>11</volume><fpage>792</fpage><lpage>793</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/LSP.2004.835464</pub-id></citation></ref>
<ref id="b4-sensors-12-04730"><label>4.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>de Maio</surname><given-names>A.</given-names></name></person-group><article-title>Rao test for adaptive detection in gaussian interference with unknown covariance matrix</article-title><source>IEEE Trans. Signal Process.</source><year>2007</year><volume>55</volume><fpage>3577</fpage><lpage>3584</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TSP.2007.894238</pub-id></citation></ref>
<ref id="b5-sensors-12-04730"><label>5.</label><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bandiera</surname><given-names>F.</given-names></name><name><surname>Orlando</surname><given-names>D.</given-names></name><name><surname>Ricci</surname><given-names>G.</given-names></name></person-group><source>Advanced Radar Detection Schemes under Mismatched Signal Models; Synthesis Lectures on Signal Process</source><issue>No. 8</issue><publisher-name>Morgan &amp; Claypool Publishers</publisher-name><publisher-loc>San Rafael, CA, USA</publisher-loc><year>2009</year></citation></ref>
<ref id="b6-sensors-12-04730"><label>6.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hao</surname><given-names>C.</given-names></name><name><surname>Liu</surname><given-names>B.</given-names></name><name><surname>Cai</surname><given-names>L.</given-names></name></person-group><article-title>Performance analysis of a two-stage Rao detector</article-title><source>Signal Process</source><year>2011</year><volume>91</volume><fpage>2141</fpage><lpage>2146</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.sigpro.2011.03.005</pub-id></citation></ref>
<ref id="b7-sensors-12-04730"><label>7.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hao</surname><given-names>C.</given-names></name><name><surname>Liu</surname><given-names>B.</given-names></name><name><surname>Yan</surname><given-names>S.</given-names></name><name><surname>Cai</surname><given-names>L.</given-names></name></person-group><article-title>Parametric adaptive radar detector with enhanced mismatched signals rejection capabilities</article-title><source>EURASIP J. Adv. Signal Process</source><year>2010</year><volume>2010</volume><fpage>375136:1</fpage><lpage>375136:11</lpage></citation></ref>
<ref id="b8-sensors-12-04730"><label>8.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Capraro</surname><given-names>G.T.</given-names></name><name><surname>Farina</surname><given-names>A.</given-names></name><name><surname>Griffiths</surname><given-names>H.</given-names></name><name><surname>Wicks</surname><given-names>M.C.</given-names></name></person-group><article-title>Knowledge-based radar signal and data processing (a tutorial review)</article-title><source>IEEE Signal Process. Mag.</source><year>2006</year><volume>23</volume><fpage>18</fpage><lpage>29</lpage></citation></ref>
<ref id="b9-sensors-12-04730"><label>9.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kraut</surname><given-names>S.</given-names></name><name><surname>Scharf</surname><given-names>L.L.</given-names></name></person-group><article-title>The CFAR adaptive subspace detector is a scale-invariant GLRT</article-title><source>IEEE Trans. Signal Process.</source><year>1999</year><volume>47</volume><fpage>2538</fpage><lpage>2541</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/78.782198</pub-id></citation></ref>
<ref id="b10-sensors-12-04730"><label>10.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Conte</surname><given-names>E.</given-names></name><name><surname>Lops</surname><given-names>M.</given-names></name><name><surname>Ricci</surname><given-names>G.</given-names></name></person-group><article-title>Asymptotically optimum radar detection in compound gaussian noise</article-title><source>IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst.</source><year>1995</year><volume>31</volume><fpage>617</fpage><lpage>625</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/7.381910</pub-id></citation></ref>
<ref id="b11-sensors-12-04730"><label>11.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>de Maio</surname><given-names>A.</given-names></name><name><surname>Iommelli</surname><given-names>S.</given-names></name></person-group><article-title>Coincidence of the Rao test, Wald test, and GLRT in partially homogeneous environment</article-title><source>IEEE Signal Process. Lett.</source><year>2008</year><volume>15</volume><fpage>385</fpage><lpage>388</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/LSP.2008.920016</pub-id></citation></ref>
<ref id="b12-sensors-12-04730"><label>12.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Besson</surname><given-names>O.</given-names></name></person-group><article-title>Detection in the presence of surprise or undernulled interference</article-title><source>IEEE Signal Process. Lett.</source><year>2007</year><volume>14</volume><fpage>352</fpage><lpage>354</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/LSP.2006.888295</pub-id></citation></ref>
<ref id="b13-sensors-12-04730"><label>13.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Orlando</surname><given-names>D.</given-names></name><name><surname>Ricci</surname><given-names>G.</given-names></name></person-group><article-title>A Rao test with enhanced selectivity properties in homogeneous scenarios</article-title><source>IEEE Trans. Signal Process.</source><year>2010</year><volume>58</volume><fpage>5385</fpage><lpage>5390</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TSP.2010.2053032</pub-id></citation></ref>
<ref id="b14-sensors-12-04730"><label>14.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Besson</surname><given-names>O.</given-names></name><name><surname>Orlando</surname><given-names>D.</given-names></name></person-group><article-title>Adaptive detection in nonhomogeneous environments using the generalized eigenrelation</article-title><source>IEEE Signal Process. Lett.</source><year>2007</year><volume>14</volume><fpage>731</fpage><lpage>734</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/LSP.2007.898355</pub-id></citation></ref>
<ref id="b15-sensors-12-04730"><label>15.</label><citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kay</surname><given-names>S.M.</given-names></name></person-group><source>Fundamentals of Statistical Signal Processing, Detection Theory</source><publisher-name>Prentice Hall</publisher-name><publisher-loc>Upper Saddle River, NJ, USA</publisher-loc><year>1998</year><volume>2</volume><fpage>375</fpage><lpage>380</lpage></citation></ref>
<ref id="b16-sensors-12-04730"><label>16.</label><citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>de Maio</surname><given-names>A.</given-names></name><name><surname>Kay</surname><given-names>S.M.</given-names></name><name><surname>Farina</surname><given-names>A.</given-names></name></person-group><article-title>On the invariance, coincidence, and statistical equivalence of the GLRT, Rao test, and Wald test</article-title><source>IEEE Trans. Signal Process.</source><year>2010</year><volume>58</volume><fpage>1967</fpage><lpage>1979</lpage><pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TSP.2009.2039728</pub-id></citation></ref></ref-list></back></article>
