Пред.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
5.2. Функции спектральной плотностиФункции спектральной плотности можно определять тремя различными эквивалентными способами, которые будут описаны в последующих разделах: а) с помощью ковариационных функций; б) с помощью финитного преобразования Фурье; в) с помощью фильтрации, возведения в квадрат и усреднения. Будут также получены важные соотношения для этих функций, которые используются во многих приложениях. 5.2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СПЕКТРОВ С ПОМОЩЬЮ КОВАРИАЦИОННЫХ ФУНКЦИЙИсторически первый способ определения спектральной плотности появился в математике. Он состоит во взятии преобразования Фурье от предварительно вычисленной ковариационной функции. После вычитания средних такие (бесконечные) преобразования Фурье обычно существуют, даже если (бесконечное) преобразование Фурье исходного стационарного случайного процесса не существует. Этот подход дает двустороннюю спектральную плотность, обозначаемую Пусть существуют ковариационные и взаимная ковариационная функции
На практике это условие всегда выполняется для реализиций конечной длины. Тогда преобразования Фурье функций
Такие интегралы по конечным реализациям существуют всегда. Величины Обратные преобразования Фурье от формул (5.27) дают
При решении практических задач приходится допускать наличие в Из свойств симметрии стационарных ковариационных функций, описываемых формулами (5.9) и (5.10), следует, что
Следовательно, спектральные плотности Формула (5.30) доказывается следующим образом. По определению,
Сразу видно, что
Но
что завершает доказательство. Формулы (5.29) — частный случай формулы (5.30) при Спектральные соотношения из формул (5.27) можно преобразовать к виду
Обратные преобразования имеют вид
Односторонние спектральные плотности
а вне указанной области значений
Рис. 5.3. Односторонняя и двусторонняя спектральные плотности. величины измеряются на практике с помощью прямой фильтрации. Однако использование в математических расчетах функций Односторонние спектральные плотности
Обратные преобразования имеют вид
В частности, при
Односторонняя взаимная спектральная плотность изменяется на
а в остальных случаях
где
Заметим, что
Величину Одностороннюю взаимную спектральную плотность можно представить в комплексной полярной форме:
где модуль и фазовый угол определяются формулами
Знаки членов
Рис. 5.4. Связь между фазовым углом и составляющими взаимной спектральной плотности. где Из формулы (5.38) следует, что
Поэтому
Спектральные характеристики стационарных случайных процессов При выполнении операций над спектральными плотностями, включающими дельта-функции в (кликните для просмотра скана) дельта-функции в В табл. 5.2 приводятся примеры функций спектральной плотности, применяемых в теоретических исследованиях. Ограниченный по частоте белый шум. По определению, ограниченный по частоте белый шум — это стационарный случайный процесс с постоянной спектральной плотностью вида
Здесь
В частном случае
Соответствующие графики изображены в табл. 5.1 и 5.2. Узкополосный белый шум, в том числе и низкочастотный, имеет конечный средний квадрат вида
Такими плотностями иногда аппроксимируют спектры реальных процессов. Предельный случай низкочастотного ограниченного по частоте белого шума, именуемый белым шумом, по определению, имеет спектр, равный постоянной для всех частот. Такой процесс на практике встретиться не может. Именно в случае белого шума при
Поэтому
откуда видно, что белый шум имеет бесконечный средний квадрат. Такой чисто теоретический белый шум не может быть гауссовым процессом, поскольку для корректного определения гауссова процесса его средний квадрат должен быть конечным. ПРИМЕР 5.5. СПЕКТРАЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ ГАРМОНИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА. Ковариационная функция гармонического процесса, описанного в примере 5.1, имеет вид
Подстановка в формулу (5.27) дает двустороннюю спектральную плотность
состоящую из двух дельта-функций, локализованных в
График этой функции изображен в табл. 5.2. Заметим, наконец, что
ПРИМЕР 5.6. СПЕКТРАЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ ТЕЛЕГРАФНОГО СИГНАЛА. Телеграфный сигнал, описанный в примере 5.2, имеет ковариационную функцию экспоненциального вида
Подстановка в формулу (5.27) дает двустороннюю спектральную плотность
Поэтому односторонняя спектральная плотность имеет вид
График этой функции приведен в табл. 5.2 для
ПРИМЕР 5.7. СПЕКТРАЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ СУММЫ ДВУХ ПРОЦЕССОВ. Ковариационная функция суммы двух стационарных случайных процессов, описанных в примере 5.3, равна
Подстановка в формулу (5.27) дает двустороннюю спектральную плотность
Однако
Следовательно,
Соответствующая односторонняя спектральная плотность имеет вид
|
1 |
Оглавление
|