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设x(t)为布朗粒子在t时刻的位移, x(0)=0,由布朗运动定律,有
式中n(t)为定义在[-∞,+∞]上的零均值不相关白噪声(布朗粒子瞬时速度)。
白噪声n(t)的自相关函数为:
式中τ为时间间隔,N0为正实常数,δ(τ)为单位冲击函数,N0的物理意义代表白噪声信号在单位电阻上产生的平均功率
由布朗运动位移x(t)和白噪声n(t)的自相关函数Rn(τ),可推导出x(t)的自相关函数
式中τ为时间间隔。
图1为白噪声n(t)的自相关函数Rn(τ)和布朗运动位移x(t)的自相关函数Rx(τ)图形。
图1 布朗运动自相关函数
从图1(a)可以看出,布朗运动的瞬时速度n(t)仅在时间间隔τ=0时才有相关性,只要n(t)两个取值之间的时间间隔不为零,就互不相关,因此,布朗运动的瞬时速度不可预测。
图1(b)表明,布朗运动位移x(t)的自相关函数Rx(τ)在很宽的范围内不为零,一是说明不同时刻的位移x(t)具有相关性,布朗运动未来的位移与历史位移之间存在某种程度的依赖关系;二是表明x(t)随时间缓慢波动,存在较大的惯性,因此,布朗运动的历史位移中存在可以识别和利用的规律,布朗运动的位移具有可预测性。
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