Следовательно, спектральная плотность мощности процесса на выходе линейной системы в установившемся режиме равна произведению спектральной плотности мощности входного процесса и квадрата амплитудно-частотной характеристики линейной системы. Подчеркнем, что спектральная плотность мощности выходного процесса не зависит от фазочастотной характеристики линейной системы.
Дисперсия выходного случайного процесса с учетом определяется соотношением [5]
.
Из формул , и следует, что дисперсия выходного
процесса зависит от ковариационной функции входного
процесса
, поскольку мощность выходного процесса
зависит как от амплитудно-частотной характеристики
линейной
системы, так и от спектральной плотности мощности
входного
процесса.
Вначале найдем взаимную
ковариационную функцию случайных процессов на входе и выходе линейной
каузальной системы при условии, что входной случайный процесс начинает воздействовать на эту систему в
момент времени
, т.е. для переходного режима. Затем
найдем аналогичные соотношения для установившегося режима и некаузальной
линейной системы.
Перемножив центрированные
[5] входной и выходной
процессы
линейной системы, взяв математическое ожидание и затем поменяв местами операции
взятия математического ожидания и интегрирования, получим для переходного
режима следующее выражение:
.
Отсюда следует, что взаимная
ковариационная функция входного процесса ,
который начинает действовать на стационарную линейную каузальную систему в
момент времени
, и отклика
равна:
.
Из получим формулу для взаимной ковариационной
функции стационарных процессов на входе и выходе линейной каузальной системы в
установившемся режиме, т.е. при :
.
Аналогичным образом получим формулу для взаимной ковариационной функции стационарных процессов на входе и выходе некаузальной линейной системы в установившемся режиме:
.
Из формул и следует, что в установившемся режиме
стационарные процессы и
являются
стационарно связанными в широком смысле
случайными процессами [5] и их взаимная ковариационная функция равна интегралу
свертки ковариационной функции входного процесса и импульсной характеристики
линейной системы.
Взяв преобразование Фурье от левой и правой частей или и выполнив преобразования, аналогичные тем, что были выполнены при выводе формулы , получим
.
Из следует, что взаимная спектральная плотность мощности зависит от комплексной частотной характеристики линейной системы (т.е. зависит как от амплитудно-частотной, так и от фазочастотной характеристики) и в общем случае является комплексной функцией частоты.
Пусть входным процессом линейной системы является белый шум [5] с ковариационной функцией и спектральной плотностью мощности вида:
,
.
Математическое ожидание белого шума равно нулю.
Подставив в формулы и и используя фильтрующее свойство дельта-функции, получим ковариационную функцию и дисперсию процесса на выходе линейной системы в переходном режиме:
.
В учтено свойство импульсной характеристики каузальной линейной системы.
В установившемся режиме формулы и имеют следующий вид:
.
Для некаузальной линейной системы в установившемся режиме ковариационная функция и дисперсия выходного процесса с учетом формул и имеют вид
,
.
Применительно к белому шуму спектральная плотность мощности выходного процесса с учетом определяется формулой
.
Таким образом, при
воздействии на стационарную линейную систему белого шума спектральная плотность
мощности процесса на ее выходе с точностью до константы равна
квадрату амплитудно-частотной характеристики этой системы.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.