На рис. 6.2 а)
приведен пример недифференцируемого случайного процесса – поскольку первая
производная его корреляционной функции терпит разрыв при , то она (первая
производная) не дифференцируема в нуле, а это означает, что у корреляционной
функции в нуле отсутствует вторая производная. На рис. 6.2 б) приведен пример
дифференцируемого случайного процесса – у его корреляционной функции при
существуют и первая и
вторая производные.
В рамках корреляционной теории
случайных процессов свойства случайного процесса определяются его
математическим ожиданием и корреляционной функцией .
Найдем вначале математическое ожидание производной.
(6.4)
Теперь определим корреляционную функцию производной.
Полагая вначале центрированным
процессом (
),
найдем
Для стационарного случайного процесса,
Таким образом, производная стационарного случайного процесса есть стационарный (в широком смысле) случайный процесс с характеристиками
(6.6)
Заметим, что
хотя выражение для получено
для центрированного процесса, оно сохраняет силу и в том случае, когда
. Это связано с тем
общим свойством, что корреляционная функция не изменяется при добавлении к
случайному процессу детерминированной функции.
Из (6.5) и (6.6) по индукции легко получить формулы для производных высших порядков
(6.7)
и для стационарного случайного процесса
(6.8)
7. ИНТЕГРИРОВАНИЕ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ
Рассмотрим интеграл от
случайного процесса вида
где - неслучайная функция ,
а a и b - постоянные.
Под таким интегралом понимается, как и в обычном анализе, предел соответствующей интегральной суммы
,
где при длина каждого интервала
стремится к 0,
а предел понимается в смысле среднего квадратического.
Таким образом,
(7.1)
Данный интеграл Z представляет собой случайную величину, и в рамках корреляционной теории необходимо найти его математическое ожидание и дисперсию.
(7.2)
(7.3)
Интегральное
соотношение (7.3) должно выполняться для любой корреляционной функции при любых
Неравенство (7.3)
накладывает определенные ограничения на вид корреляционной функции и может быть
использовано для проверки пригодности различных аппроксимаций корреляционной
функции.
В приложениях часто фигурируют интегралы с переменным верхним пределом вида
(7.4)
Поскольку - случайный процесс, то
необходимо определить
и
В
соответствии с (7.2) при
(7.5)
Подобно выводу формулы (7.3)
(7.6)
В частном случае, когда интегрируемый случайный процесс стационарен,
(7..7)
и
(7..8)
то есть интеграл
от стационарного случайного процесса - вообще говоря, нестационарный случайный
процесс, так как и
не обязано зависеть от
.
Оказывается,
(7.7) может быть упрощено сведением к однократному интегралу. Будем для
определенности считать .
Рис.7.1.
Тогда
Аналогично
и
(7.9)
При
(7.10)
Более общей конструкцией, чем (7.4), является
(7.11)
Это так
называемый интеграл свертки, определяющий выход динамической линейной системы y при подаче на ее вход
воздействия x(t).
Здесь –
весовая функция системы, определяющая ее реакцию в момент t
на импульсное входное воздействие в момент
.
В этом случае
(7.12)
Для упрощения
вывода выражения можно
считать
. Тогда
Таким образом, получены соотношения, принципиально решающие задачу анализа линейной динамической системы
Рис.7.2.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.