Считая условие (7.27) выполненным, рассмотрим прохождение случайного сигнала
через идеальную дфференцирующую цепь, передаточная функция которой
[см. (6.17)].
Применяя выражения (7.2), (7.3), можем написать
Дисперсия процесса на выходе устройства
Рассмотрим следующий пример. Пусть спектр процесса на входе дифференцирующего устройства равномерен в полосе частот —
Корреляционная функция подобного процесса [см. (4.41)]
а дисперсия
Нормированная корреляционная функция
После дифференцирования получаем
и
Домножив числитель и знаменатель на
и учитывая, что
приводим предыдущее выражение к виду
где
При
получается неопределенность вида
.
Применив правило Лопиталя, получим
. Тогда
Сопоставляя (7.33) с выражением (4.83), в котором
следует заменить на
, а
на
, приходим к окончательному результату
В § 7.6 будет показано, что выражение (7.33) справедливо для производной любого стационарного случайного процесса (при
).
Графики функций
, а также функций
изображены на рис. 7.8, а и б; параметр
. Из рисунка видно, что дифференцирование приводит к ослаблению нижних частот исходного процесса. Относительное возрастание высших частот приводит к более четко выраженной осцилляции корреляционной функции (см. рис. 7.8, б).
Рассмотрим теперь прохождение того же случайного сигнала через реальное дифференцирующее устройство в виде
-цепи (см. рис. 6.7). Квадрат передаточной функции дифференцирующей цепи в соответствии с (6.19)
Таким образом, энергетический спектр на выходе цепи
График
для
представлен на рис, 7.8, а штриховой линией.
Корреляционная функция
Результат вычисления нормированной корреляционной функции
представлен на рис. 7.8,б штриховой линией (для
).
Рис. 7.8. Спектры (а) и нормированные корреляционные функции (б) на входе и выходе дифференцирующей цепи:
на выходе идеальной цепи;
выходе RС-цепи
Можно считать, что при
физическая RC-цепь осуществляет дифференцирование рассматриваемого случайного процесса, близкое к точному дифференцированию.