第12章平稳随机过程.ppt
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第十二章 平稳随机过程;§12.1.1平稳随机过程
§12.1.2 广义平稳过程
例12.1.1和例12.1.2
例12.1.3
;§12.1 平稳随机过程概念;§12.1.2 广义平稳过程 ;; 例12.1.2 设s(t)是一周期为T的函数,Θ是在(0,T) 上服从均匀分布的随机变量,称X(t)=s(t+Θ) 为随机相位周期过程.试讨论它的平稳性。;例12.1.3 考虑随机电报信号.信号X(t)由只取+I或-I的电流给出(图12-1画出了X(t)的一条样本曲线).这里P{X(t)=+I}=P{x(t)=-I}=1/2;而正负号在区间(t,t+τ)内变化的次数N(t,t+τ)是随机的,且假设N(t,t+τ)服从泊松分布,即事件Ak={N(t ,t+τ)=k}的概率为P(Ak)=(λτ)ke- λτ /k!,k=0,1,2, …,其中λ0是单位时间内变号次数的数学期望.试讨论X(t) 的平稳性.;§12.2 各态历经性主要内容;§12.2 各态历经性 本节主要讨论,根据实验记录确定平稳过程的均值和自相关函数的理论依据和方法.;§12.2 .1 随机过程积分的概念;
分别称为随机过程X(t)的时间均值和时间相关函数.我们可以沿用高等数学中的方法求积分和求极限,其结果一般来说是随机的。
;例12.2 .1 计算随机相位正弦波
X(t)=acos(ωt+Θ)的时间平均?Χ(t)?和?X(t)X(t+τ)?.
解
将此例结果与337页例2的结果比较,可知
这表明:对于随机变量相位正弦波,用时间平均和集平均分别算得的均值和自相关函数是相等的.这一特性并不是随机相位正弦波所独有的.下面引入一般概念.
; 设?X(t)?是一平稳过程,
1. 如果 ?X(t)?=E[X(t)]= μΧ (2.5)
以概率1成立,则称过程X(t)的均值具有各态历经性.
2.如果对任意实数τ,
?X(t)X(t+τ)?=E[?X(t)X(t+τ)?]=RX(τ) (2.6)
以概率1成立,则称过程X(t)的自相关函数具有各态历经性.特别当τ=0,称均方值具有各态历经性.
3.如果X(t)的均值和自相关函数都具有各态历经性,则称X(t)是(宽)各态历经过程,或者说X(t)是各态历经的.
定义中“以概率l成立”是对X(t)的所有样本函数而言的.
注:各态历经性有时也称作遍历性或埃尔古德性(ergodicity).按定义,例1中的随机相位正弦波是各态历经过程.
当然,并不是任意一个平稳过程都是各态历经的.例如平稳过程X(t)=Y其中y是方差异于零的随机变量,就不是各态历经过程.事实上,X(t)=y=y,亦即时间均值随y取不同可能值而不同.因Y的方差异于零,这样X(t)就不可能以概率1等于常数E[X(t)]=E[Y].
;
注意,对例l中的随机相位正弦波而言, 不存在,但它的均值是各态历经的.在定理一的证明中将X(t)换成X(t)X(t十τ),就可得下列定理。;; 以概率1成立的充要条件是 ; 各态历经定理的重要价值在于它从理论上给出了如下保证:一个平稳过程X(t),若0<t<十∞,只要它满足条件(2.7)‘和(2.12) ’,便可以根据“以概率1成立”的含义,从一次试验所得到的样本函数x(t)来确定出该过程的均值和自相关函数,即
(2.13)
和 (2.14); 不过在实际中一般不可能给出 x(t)的表达式,因而通常通过模拟
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