дифференцируем неограниченное
количество раз, так как существует неограниченное количество производных от
этой функции. В частности, ковариационная функция и дисперсия первой
производной равны:
,
.
Дважды продифференцировав и умножив на ,
получим ковариационную функцию второй производной случайного процесса
:
, при этом дисперсия второй производной
. ■
Пример 2.6. Ковариационная функция случайного
процесса :
.
Найти ковариационную функцию, дисперсию и интервал корреляции его производной.
Подставив в , получим
.
Приравняв в к нулю, найдем дисперсию производной случайного
процесса
и ее нормированную корреляционную функцию
[5]:
,
, откуда интервал корреляции [5]
.
Отметим, что интервал корреляции
исходного процесса равен
.
Как и следовало ожидать, интервал
корреляции производной процесса меньше интервала
корреляции
самого процесса, так как идеальный
дифференциатор является фильтром верхних частот с комплексной частотной
характеристикой
(см. табл. 1.1). При дифференцировании
случайных процессов усиливаются верхние частоты и, как следствие, уменьшается
интервал корреляции.
Нетрудно убедиться, что
первая производная от терпит разрыв в точке , поэтому случайный процесс
с ковариационной функцией недифференцируем, а случайный процесс
с ковариационной функцией имеет только первую
производную. ■
Теперь определим характеристики интеграла от стационарного случайного процесса. Очевидно, что математическое ожидание определяется следующим соотношением:
.
Ковариационная функция интеграла от стационарного случайного процесса
.
Дисперсия интеграла от этого процесса зависит от времени и определяется формулой
, вывод которой дан, например, в [4].
Из формул и следует, что интеграл от стационарного случайного процесса является нестационарным случайным процес сом [5].
Пример 2.7. Найти ковариационную функцию интеграла от белого шума с ковариационной функцией
.
По формуле найдем, что
.
При вычислении двукратного
интеграла следует внимательно отнестись к тому,
в каком порядке вычислять интегралы. Всплеск дельта-функции должен попасть в
область интегрирования. Для этого необходимо интегрировать по переменной,
имеющей больший диапазон. Пусть , тогда, интегрируя
сначала по
и используя фильтрующее свойство
дельта-функции, получим
.
Аналогично при ,
интегрируя сначала по
, получим
.
Окончательное выражение для ковариационной функции имеет вид
.
Дисперсия процесса
.
Дисперсию процесса также можно найти с помощью формулы . Подставив в , получим
.
При вычислении учтено, что
при или
.
Таким образом, дисперсия
интеграла от белого шума линейно возрастает с увеличением времени
интегрирования . ■
Пример 2.7. Найти дисперсию интеграла от
стационарного процесса , имеющего ковариационную функцию
вида
.
В соответствии с формулой
. ■
1. На вход фильтра, схема которого
приведена на рис. 1.2, воздействует стационарный случайный процесс с
корреляционной функцией . Найти спектральную
плотность мощности и дисперсию выходного процесса.
2. На вход фильтра, схема которого
приведена на рис. 1.3, воздействует стационарный случайные процесс с
корреляционной функцией . Найти спектральную
плотность мощности и дисперсию выходного процесса.
3. На вход идеального интегратора,
начиная с , воздействует стационарный случайный
процесс с корреляционной функцией
. Математическое
ожидание входного процесса больше нуля. Определить, через какое время математическое
ожидание выходного случайного процесса достигнет величины
.
4. На вход идеального интегратора,
начиная с , воздействует стационарный случайный
процесс с корреляционной функцией
. Определить дисперсию
выходного процесса.
5. На вход линейного фильтра с импульсной характеристикой
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.