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根据爱因斯坦布朗运动基本假设和《物理学》实验规律:布朗运动的瞬时速度(导数)为白噪声,有
式中x(t)为布朗粒子在t时刻的位移,n(t)为白噪声。
设x(0)=0,则有
即x(t)为白噪声n(t)在[0,t]区间上的积分。
因此在工程技术领域,就将布朗运动x(t)定义为白噪声n(t)通过积分器的输出,并用图1所示的积分系统来实现布朗运动的仿真及实验研究。
图1 实现布朗运动的积分器
由于白噪声n(t)的功率谱密度为常数,因此白噪声n(t)通过图1所示的积分器后,系统输出x(t)的频域特性就完全取决于积分器传递函数H(jω)特性,因此,可把布朗运动位移x(t)随机特性的研究转变为对积分器确定性频域特性H(jω)的研究。
积分器具有低通滤波特性,白噪声中的低频分量被放大,高频分量被衰减,白噪声通过积分器后成为能量集中在低频段的红噪声(布朗噪声或1/f2噪声)。
另外,积分器具有记忆性,积分器当前时刻的输出x(t)不仅与当前时刻的输入n(t)有关,而且与之前所有时刻的输入n(t)有关,表明布朗运动位移x(t)具有很强的“记忆性”和“相关性”。
参考:
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GMT+8, 2024-12-25 03:47
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