Главная страница Случайная страница Разделы сайта АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Корреляционная функция стационарного процесса
Корреляционная функция случайного процесса определяется как математическое ожидание произведения двух центрированных сечений процесса, взятых в моменты t 1 и t 2. При этом математическое ожидание вычисляется с использованием двумерной плотности вероятности . Для стационарного случайного процесса двумерная плотность вероятности и, соответственно, корреляционная функция зависят не от t 1 и t 2в отдельности, а только от их разности = t 2 - t 1. В соответствии с этим корреляционная функция стационарного процесса определяется выражением (3.1) где - математическое ожидание стационарного процесса; х 1, х 2 - возможные значения случайного процесса соответственно, в моменты времени t 1, t 2; = t 2 – t 1 - интервал времени между сечениями; - двумерная плотность вероятности стационарного процесса. Второе выражение для получено путём раскрытия квадратных скобок первого выражения и учета свойств математического ожидания. В научно-технической литературе используется также такая характеристика случайного процесса, как ковариационная функция K (t), под которой понимается математическое ожидание произведения двух значений процесса, взятых соответственно в моменты t 1 и t 2: (3.2) так что справедливо соотношение (3.3) Если , то понятия и совпадают. Если же дополнительно обладает эргодическим свойством, то корреляционная функция может быть определена по одной длинной реализации: (3.4) где Т - интервал наблюдения единственной реализации x (t) процесса ; - эта же реализация x (t), задержанная на время . Формула (3.4) может быть положена в основу построения Структурная схема устройства, измеряющего корреляционную функцию, которое называется коррелометром. Для построения коррелометра требуются перемножитель, устройство задержки с переменным временем задержки и интегратор (рис. 3.1). Это устройство измеряет или в зависимости от того, равно нулю или нет. Рис. 3.1 Корреляционная функция стационарного случайного процесса, как и вообще корреляционная функция случайного процесса, является действительной функцией аргумента . При этом характеризует с двух сторон. Во-первых, определяет среднюю удельную мощность флюктуаций. А во-вторых, позволяет судить о степени линейной связи между двумя сечениями случайного процесса, отстоящими друг от друга на интервал времени . Размерность совпадает с размерностью квадрата случайного процесса. Рассмотрим свойства корреляционной функции. 1. Корреляционная функция при = 0 равна дисперсии процесса (3.5) Это свойство вытекает непосредственно из формулы (3.1), если в ней положить = 0. 2. Корреляционная функция стационарного процесса является чётной функцией аргумента : (3.6) Это свойство непосредственно вытекает из определения стационарного процесса, для которого важны не сами значения моментов и t2, а расстояние во времени одного сечения от другого |t2-t1 |. 3. Корреляционная функция при любом t не может превзойти своего значения при = 0: (3.7) Это свойство физически означает, что наибольшая степень линейной связи обеспечивается между одним и тем же сечением, то есть при =0. Правда, если является периодическим процессом, то может найтись еще какое-либо , соизмеримое с периодом процесса, для которого выполняется жесткая функциональная связь между и . Поэтому в формуле (3.7) в общем случае может выполняться не только неравенство, но и равенство. 4. Корреляционная функция может быть представлена в виде (3.8) где r (t) нормированная корреляционная функция, имеющая смысл коэффициента корреляции, зависящего от и заключенная в пределах . (3.9) Она характеризует только степень линейной связи между сечениями случайного процесса, взятыми через интервал . В свою очередь, дисперсия процесса характеризует только среднюю удельную мощность флюктуаций случайного процесса. 5. Для широкого класса стационарных случайных процессов удовлетворяется условие . (3.10) Физический смысл выражения (3.10) состоит в утверждении того факта, что линейная связь между сечениями случайного процесса при значительном удалении одного сечения от другого во времени отсутствует. 6. На практике важным параметром является интервал корреляции , который характеризует эффективную ширину корреляционной функции. С общих позиций интервал корреляции определяется выражением (3.11) Численно равно основанию прямоугольника с высотой , имеющего ту же площадь, что и фигура, ограниченная кривой , при . Интервал корреляции определяет тот временной интервал между сечениями случайного процесса , при превышении которого эти сечения считаются некоррелированными.
|