Autokorrelaatiofunktion laskeminen

Satunnaisen prosessin näyte annetaan seuraavasti:

$$ x (t) = A \ cos (2 \ pi f_0t) + Bw (t) $$

missä $ w (t) $ on valkoisen kohinan prosessi, jonka keskiarvo on $ 0 $ ja tehospektritiheys $ \ frac {N_0} {2 } $ ja $ f_0 $, $ A $ ja $ B $ ovat vakioita. Etsi automaattinen korrelaatiofunktio.

Tässä yritän ratkaisua:

Olkoon $ a = 2 \ pi f_0t $ ja $ b = 2 \ pi f_0 (t + \ tau) $

\ begin {tasaa} \ text {Autokorrelaatio} x (t) & = E \ vasen \ {x (t) x ( t + \ tau) \ oikea \} \\ & = E \ vasen \ {\ vasen (A \ cos (a) + Bw (t) \ oikea) \ vasen (A \ cos (b) + Bw (t + \ tau) \ oikea) \ oikea \} \\ & = E \ {A ^ 2 \ cos (a) \ cos (b) + AB \ cos (a) w (t + \ tau) + AB \ cos (b) (wt) \\ & \ quad + B ^ 2w (t) w (t + \) tau) \} \\ & = E \ vasen \ {A ^ 2 \ cos (a) \ cos (b) \ oikea \} + E \ vasen \ {AB \ cos (a) w (t + \ tau) \ oikea \} + E \ vasen \ {AB \ cos (b) (wt) \ oikea \} \\ & \ quad + E \ vasen \ {B ^ 2w (t) w (t + \ tau) \ oikea \} \\ & = E \ vasen \ {A ^ 2 \ cos (a) \ cos (b) \ oikea \} + E \ vasen \ {B ^ 2w (t) w (t + \ tau) \ oikea \} \\ & = E \ vasen \ {A ^ 2 \ cos (a) \ cos (b) \ oikea \} + B ^ 2 \ vasen (R_w (\ tau) \ oikea) \\ & = E \ vasen \ {A ^ 2 \ cos (a) \ cos (b) \ oikea \} + B ^ 2 \ vasen (\ frac {N_0} {2} \ oikea) ( \ delta (\ tau)) \\ \ end {tasaus}

Odotustermit melun kanssa ovat kaikki 0 dollaria (viimeinen on vain valkoisen kohinan automaattinen korrelaatio … siten yksinkertaistaminen edellä. Trigonometristen identiteettien käyttö: $$ \ cos (a) \ cos (b) = \ frac 12 \ vasen [\ cos (a + b) + \ cos (a – b) \ oikea] $$

meillä on:

\ begin {align} \ text {Autokorrelaatio} x (t) & = E \ vasen \ {A ^ 2 \ cos (a ) \ cos (b) \ oikea \} + B ^ 2 \ vasen (\ frac {N_0} {2} \ oikea) (\ delta (\ tau)) \\ & = E \ vasen \ {\ vasen (A ^ 2 \ oikea) \ frac 12 \ vasen [\ cos (a + b) + \ cos (ab) \ oikea] \ oikea \} + B ^ 2 \ vasen (\ frac {N_0} {2} \ oikea) (\ delta (\ tau)) \\ & = \ vasen (\ frac {A ^ 2} {2} \ oikea) \ vasen [E \ {\ cos (a + b) \} + E \ {\ cos (ab) \} \ oikea] + B ^ 2 \ vasen (\ frac {N_0} {2} \ oikea) (\ delta (\ tau)) \\ \ end {align}

Käsittelemme vakioehtoja, joten odotusaika menee pois ja alistuu alkuperäisissä olosuhteissamme: $$ \ frac {A ^ 2} 2 \ vasen [\ cos (2 \ pi f_o (2t + \ tau) + \ cos (2 \ pi f_o \ tau) \ oikea] + B ^ 2 \ vasen (\ frac {N_0} {2} \ oikea) (\ delta (\ tau)) $$

Jostain syystä en voi auttaa, mutta mielestäni tein jotain väärin laskemalla kyseisen autokorrelaation … sen oletetaan olevan $ \ tau $: n funktio, mutta on a $ t $ on siellä … Arvostan sitä suuresti, jos joku osaa osoittaa minua oikeaan suuntaan tai selittää, mitä minä sekaisin. En tiedä onko sillä merkitystä, mutta tässä luokassa käsittelemme vain laaja-alaista paikallaan pysyvää prosessia.

Kommentit

  • Ellet varmista, että satunnainen prosessi $ x (t) $ on WSS, sinun ei pitäisi odottaa sen ACF: n olevan pelkästään $ \ tau $: n funktio. Siksi näyttää siltä, että tässä on oikein sisällyttää aikaehdot $ t $. Mutta luulen, että $ x (t) $: n sisällä oleva kosini-termi saattaa sisältää joko satunnaisen amplitudin tai satunnaisen vaiheen, jonka unohdat kirjoittaa, niin sinulla voi olla mahdollisuus päästä eroon aikaelementistä $ t $, jos haluat niin paljon joten …
  • Prosessi $ \ {A \ cos (2 \ pi f_0t) \} $ on syklostaattinen prosessi (täyttää niiden aikasiirtymien stationaarisuusvaatimukset, jotka ovat $ (2 \ pi f_0) ^ {- 1} $) kerrannaisia eivätkä lainkaan WSS-prosessia. Huomaa esimerkiksi, että edes keskifunktio $ E [x (t)] $ ei ole vakio, kuten sen pitäisi olla WSS-prosessille. Kuten @ Fat32 sanoo (+1), olet ehkä unohtanut sisällyttää satunnaisvaiheen $ \ Theta $ $ x (t) $ -määritykseesi (WS-stationaarisuudelle tarvittava ominaisuus on, että $ E [\ cos (2 \ Theta) ] = E [\ sin (2 \ Theta)] = 0 $, joka pätee malliin $ \ Theta \ sim U (0,2 \ pi) $ tai $ P \ {\ Theta = n \ pi / 2 \} = \ frac 14 $ hintaan $ n = 0,1,2,3 $).

Vastaa

Luulen, että sinä ”Olemme tehneet melkein kaiken oikein, mutta sinulla on ongelma laskettaessa $ t $: n odotusarvoa. Sinun pitäisi laskea kosini-funktion odotusarvo. Valitettavasti se ei yksinkertaisesti” mene pois ”kuten kirjoitit.

Tutustu Wikipedia-sivulle . Sieltä löydät toisen tarkemman kaavan funktion $ f automaattisen korrelaation funktiolle. (t) $:

$ R _ {\ textrm {ff}} (\ tau) = \ int \ limits _ {- \ infty} ^ \ infty f (t + \ tau) \ bar {f} ( t) \, \ textrm {d} t $.

(Huomaa, että verrattuna Wikipedia-sivuun, minulla on ollut vapaus käyttää muuttujaa $ t $ integraatiossa $ u $: n sijaan, whi ch olisi matemaattisesti tarkempi versio.)

Kuten tästä yhtälöstä näet, ”integroit” riippuvuuden t: stä, ja todellakin sinun pitäisi jättää funktio, joka on riippumaton $ t: stä. $.

Huomaa, että on myös versio, joka ei mene äärettömiin aikoihin, mutta on rajoitettu ajanjaksolle $ T $. Ehkä tämä versio on sopivampi tapauksessasi.Sama pätee tälle versiolle: $ t $ on integroitu erillään eikä sen pitäisi olla muuttuja tuloksena olevassa kaavassa.

Kommentit

  • Sinä sekoittavat kahta eri käsitettä kirjoittaessasi ” Kuten tästä yhtälöstä näet, ” integroituvat pois ” riippuvuus $ t $: sta, ja todellakin sinun pitäisi jättää funktio, joka on riippumaton $ t $ ”
  • Voit ota myös kaava Wikipedia-sivulta ilman $ t $ ja kirjoita $ R_ \ textrm {ff} (\ tau) = \ int \ limits _ {- \ infty} ^ \ infty f (u + \ tau) \ bar {f} ( u) \, \ textrm {d} u $. Tärkeää tässä on, että molemmissa tapauksissa funktion $ f $ argumentti on t ja integroitu yli – joten lopputuloksessa ei ole enää $ t $, vaan vain $ \ tau $.
  • @Dilip Saatat katsoa myös tätä ocw.mit.edu/courses/mechanical-engineering/… – tämä on pohjimmiltaan ensimmäinen tulos yksinkertaisen Google-haun jälkeen. Siellä, sivulla 22-2 (PDF-tiedoston sivu 3) on esimerkki autokorrelaatiofunktiosta, joka laskettiin tällä kaavalla ja on riippumaton $ t $: sta. Voit myös löytää matemaattisesti epätavallisen integraalimerkinnät edelliseltä sivulta.
  • Kaukana olkoon minun epäillä kaavan pätevyyttä, jonka väität löytyvän Wikipediasta tai sitä opetetaan MIT-verkkokurssilla, mutta minusta tuntuu, että kohdassa \ begin {align} 2 \ int _ {- \ infty} ^ \ infty \ cos (2 \ pi f_0t) \ cos (2 \ pi f_0 (t + \ tau)) dt & = \ int _ {- \ infty} ^ \ infty \ cos (2 \ pi f_0 (2t + \ tau)) + \ cos (2 \ pi f_0 \ tau ) dt \\ & = \ int _ {- \ infty} ^ \ infty \ cos (2 \ pi f_0 (2t + \ tau)) dt + \ int _ {- \ infty} \ infty \ cos (2 \ pi f_0 \ tau) dt \ end {tasaa} toinen integraali tälle toiselle riville (jonka integandi on vakio wrt $ t $) eroaa, ellei $ \ tau $ sattuisi olemaan sellainen, että $ \ cos (2 \ pi f_0 \ tau) = 0 $.
  • @Dilip Olet oikeassa, tämä integraali eroaa toisistaan. Edes ensimmäinen integraali ei ole merkityksellinen, koska se ei lähene toisiaan. Tästä syystä vastauksessani on viimeinen kappale.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *