2平穩(wěn)隨機(jī)過程.ppt

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1、一、定義回顧1.嚴(yán)、寬平穩(wěn)隨機(jī)過程(后者為主)數(shù)字特征。(二階矩條件,?x,Rx(?),Rx(m))平穩(wěn)隨機(jī)過程例1.設(shè)狀態(tài)連續(xù)、時(shí)間離散的隨機(jī)過程,其中是隨機(jī)變量。討論序列的平穩(wěn)性。解.首先驗(yàn)證是否為二階矩過程。然后考慮只依賴于m,所以是平穩(wěn)序列。例2.設(shè)隨機(jī)過程,其中Y是非零隨機(jī)變量,討論過程的平穩(wěn)性。解.1)首先驗(yàn)證是否為二階矩過程。2)然后考慮期望、相關(guān)函數(shù)。E(X)是否與t有關(guān)?取決于E(Y)是否為零。不依賴于t?依賴與Y的方差是否為零。與題設(shè)矛盾,故非平穩(wěn)。二、自相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)(平穩(wěn))性質(zhì)1.Rx(0)?0;證:Rx(0)=E[X2(t)]?0性質(zhì)2.Rx(?)

2、為偶函數(shù),即Rx(-?)=Rx(?)證:Rx(-?)=E[X(t)X(t-?)]=E[X(t-?)X(t)]=Rx(?)性質(zhì)3.

3、Rx(?)

4、?Rx(0)證:由柯西-施瓦茲不等式性質(zhì)4.非負(fù)定性.即對任意n,任意實(shí)數(shù)a1,a2,…,an,任意t1,t2,…,tn∈T有性質(zhì)5.周期性.若平穩(wěn)過程X(t)滿足X(t)=X(t+k),則稱它為周期過程,周期為k。周期平穩(wěn)過程的自相關(guān)函數(shù)必是以k為周期的函數(shù)。性質(zhì)6.復(fù)平穩(wěn)過程(略)。三、聯(lián)合平穩(wěn)過程的平穩(wěn)相關(guān)、互相關(guān)函數(shù)(1)定義:設(shè){X(t)},{Y(t)},t?T為兩個(gè)平穩(wěn)過程,如果它們的互相關(guān)函數(shù)RXY(t,t+?)只是?的

5、函數(shù),即RXY(t,t+?)=E[X(t)Y(t+?)]=RXY(?),則稱{X(t)},{Y(t)}是平穩(wěn)相關(guān)的,或稱{X(t)}與{Y(t)}是聯(lián)合平穩(wěn)過程.并稱RXY(?)=E[X(t)Y(t+?)]為{X(t)}與{Y(t)}的互相關(guān)函數(shù)。(2)互相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)自相關(guān)函數(shù)是奇函數(shù),還是偶函數(shù)?互相關(guān)函數(shù)的簡單性質(zhì)證明:由性質(zhì)1,2可得。例1:如圖所示,將兩個(gè)平穩(wěn)過程X(t),Y(t)同時(shí)輸入加法器中,加法器輸出隨機(jī)過程W(t)=X(t)+Y(t),若X(t)與Y(t)平穩(wěn)相關(guān),則W(t)為平穩(wěn)過程x(t)w(t)y(t)E[W(t)W(t+?)]=E{[X(t)+Y

6、(t)][X(t+?)+Y(t+?)]} =E[X(t)X(t+?)]+E[X(t)Y(t+?)]+E[Y(t)X(t+?)]+E[Y(t)Y(t+?)] =Rx(?)+RxY(?)+RxY(-?)+RY(?)可見W(t)的自相關(guān)函數(shù)Rw(t,t+?)只依賴于?,所以w(t)為平穩(wěn)過程.例2:設(shè)X(t)=Asin(?t+Θ),Y(t)=Bsin(?t+Θ-?),A,B,?,?為常數(shù),Θ在(0,2?)上服從均勻分布,證明:{X(t)},{Y(t)}是平穩(wěn)相關(guān)的,并求RXY(?)。解:1.首先驗(yàn)證X(t),Y(t)均為平穩(wěn)過程.2.考慮相關(guān)函數(shù)所以,X(t),Y(t)為聯(lián)合平穩(wěn)

7、的。同樣的方法可算得1.均方收斂的定義:設(shè)有{Xn,n=1,2,…}和隨機(jī)變量X,滿足E(

8、Xn

9、2)<+?,E(

10、X

11、2)<+?,若有則稱{Xn}均方收斂于X,記作隨機(jī)分析一、均方收斂及均方連續(xù)2.均方極限的性質(zhì)證明:證明(2):證明(3):3.均方極限與期望的關(guān)系證明:(1)由柯西-施瓦茲不等式由柯西-施瓦茲不等式4.均方收斂準(zhǔn)則均方收斂的準(zhǔn)則(證明)可得。中由(3)3)2()1(T均方收斂的準(zhǔn)則(證明續(xù))從而該序列依概率相互收斂,故存在子序列幾乎處處收斂到X,由Fatou-Lebesgue定理,5.均方連續(xù)設(shè){X(t),t?T}是隨機(jī)過程,若對某t0?T,有稱{X(t

12、),t?T}在t0均方連續(xù),若對任意t?T,{X(t),t?T}均方連續(xù),稱{X(t),t?T}在T上均方連續(xù)。記為5.1.均方連續(xù)與均值函數(shù)的關(guān)系設(shè){X(t),t?T}是T上均方連續(xù)隨機(jī)過程,若對某t?T,記均值函數(shù)為,則證:由柯西-施瓦茲不等式,當(dāng)h?0時(shí),

13、

14、5.2.均方連續(xù)與自相關(guān)函數(shù)的關(guān)系定理.隨機(jī)過程{X(t),t?T}在t?T處均方連續(xù)的充要條件是其相關(guān)函數(shù)在(t,t)點(diǎn)連續(xù)。證明:先證明充分性。即證明(均方連續(xù)準(zhǔn)則)必要性:即證相關(guān)函數(shù)的連續(xù)性。已知由均方收斂與期望的關(guān)系可知證明:由定理知,對于任意的t,{X(t)}在t處均方連續(xù)。推論.若在一切(t,t)點(diǎn)

15、連續(xù),則在一切(s,t)點(diǎn)連續(xù)。5.3.平穩(wěn)過程均方連續(xù)性與其自相關(guān)函數(shù)的關(guān)系定理設(shè)平穩(wěn)過程{X(t),t?T}的自相關(guān)函數(shù)為Rx(?),則下列條件等價(jià):①{X(t),t?T}在T上均方連續(xù);②{X(t),t?T}在t=0均方連續(xù);③Rx(?)在?=0連續(xù);④Rx(?)在T上連續(xù)。證明:①?②,顯然; ②?③:當(dāng)h?0時(shí),③?④:當(dāng)h?0時(shí),④?①:當(dāng)h?0時(shí)定義:設(shè)為隨機(jī)過程,對任意若存在隨機(jī)變量使得6.隨機(jī)過程的均方導(dǎo)數(shù)則稱在t處均方可導(dǎo)。記為稱X為在t處的均方導(dǎo)數(shù)。若在每一點(diǎn)都是均方可導(dǎo)的,則稱它在T上均方可

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