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估计理论是对收信端接收到的混有噪声的信号，用统计学方法估计出信号的参量或状态的理论。估计分为参量估计和状态估计两类。参量和状态的区别是：前者随着时间保持不变或只缓慢变化；后者则随着时间连续变化。
例如，根据雷达回波来估计每一时刻在连续变化的卫星的三个空间位置矢量和三个速度矢量，这是状态估计。对卫星的质量和惯量等的估计则属于参量估计。被估计的参量又可分为随机变量和非随机变量两种。要估计的状态则又有离散时间和连续时间的区别。
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估算理论是统计学的一个分支，它处理基于具有随机分量的测量经验数据估计参数值。参数以这样的方式描述基础物理设置，即它们的值影响测量数据的分布。一种估计尝试使用近似测量的未知参数。当数据由多个变量组成并且一个估计它们之间的关系时，估计被称为回归分析。
在估计理论中，通常考虑两种方法。
- 概率方法（在本文中描述）假设测量数据是随机的，概率分布取决于感兴趣的参数。
- 集会员制方法假定将测量数据矢量属于一组依赖于参数矢量。
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