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系统方法研究随机过程的优点

已有 2284 次阅读 2023-2-24 12:18 |个人分类:随机过程|系统分类:科研笔记

系统方法的最大优点是可将《随机过程》研究对象从随机现象转变为确定性的系统,从而借助《信号分析与处理》中的时域分析方法和频域分析方法,来揭示随机过程的本质特征及规律,并有相应的实验方法和仪器进行验证。

“系统”是指能对各种“输入信号”按一定规则进行加工、运算和变换,并产生相应“输出信号”的装置或算法。

从《信号分析与处理》的角度看,任何随机过程x(t)都可看作是白噪声n(t)激励系统时所产生的输出(图1)。 

系统.png

1 随机过程系统模型

白噪声n(t)的功率谱密度Power Spectral Density

Pn(ω)=N0  

式中ω为角频率,N0为正实常数, 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。

设图1所示系统的传递函数为H(ω),则系统输出x(t)的功率谱密度为

Px(ω)=N0|H(ω)|2        

因此,随机过程x(t)的功率谱密度完全由系统幅频特性|H(ω)|决定,可把对随机过程特征及规律的研究转变为对确定性系统幅频特性的研究,而各种确定性系统的幅频特性研究理论非常成熟,并在工程技术领域获得了极为广泛的应用。

例如,布朗运动在工程技术领域被定义为白噪声通过积分器的输出,积分器的幅频特性为:

|H(ω)|= 1/ω

因此布朗运动x(t)的功率谱密度为

Px(ω)=N0/ω2

显然,布朗运动为功率谱密度与频率的平方成反比的红噪声(Red Noise)或布朗噪声(Brownian Noise)。

 



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