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第十章习题
试证明随即过程统计平均量的下列性质:
(a)
(b)
【解题思路】从定义去证明。
证明:(a)
(b)
设x(n)和y(n)是两不相关的随机序列,试证:
如果w(n)=x(n)+y(n),则和
【解题思路】从定义去证明。
证明:
某一个随机过程的取样序列x(n)的形式为
式中θ是一个均匀分布的随机变量,其概率密度如图。
试计算它的均值和自相关序列rx(m),这个随机过程是不是广义平稳过程。
θ
θ
0
2π
【解题思路】根据定义,先看μ与rx(m)是否是时间变量n的函数,再确定其是否是广义平稳随机过程。
解:x(n)的均值为
自相关序列为
可见均与n无关,所以该随机过程为广义平均随机过程。
随机振幅正弦序列,其中f为常数,A为正态分布随机变量,,求x(n)的均值、自相关,讨论其平稳性。
【解题思路】根据定义解出均值、自相关值,并讨论其平稳性。
解:
因为与n有关,故该序列为非平稳随机序列。
设两个随机过程{xn}和{yn}的均值分别是,方差分别为,试证明:
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)令Cx(z)和Cxy(z)分别是Cx(m)和Cxy(m)的z变换,试证明:
eq\o\ac(○,1)
eq\o\ac(○,2)
证明:(a)按定义:
(b)按定义:
(c)按定义:
利用(a)的结论
利用(a)的结论和上式可得:
(d)设{xn}、{yn}都是实随机序列,则:
不等式左边等于:
在上面证明的两个不等式中令xn=yn则可证明:
(e)由于Cx(z)和Cxy(z)分别是Cx(m)和Cxy(m)的z变换,
因此:eq\o\ac(○,1)利用z反变换公式
再用(b)的结论得
eq\o\ac(○,2)若Cx(m)为实数可利用(c)的结果
若平稳白噪声过程x(n)其均值为零,方差为,通过冲击响应为h(n)的线性时不变系统输出为y(n),证明:
(1)(2)
证明:(1)
而x(n)是白色的,即
(2)
故由x(n)的白噪声特性可得:
*考虑一个时域连续的随机过程{xa(t)},它的限带功率谱如图所示。假设对{xa(t)}采样得到时域离散的随机过程{x(n)=xa(nT)},
试导出时域离散随机过程的自协方差序列。
对于上述的模拟功率应如何选择T才能使时域过程为白色的?
如果模拟功率谱如图二所示,应如何选择T才能使时域离散过程为白色的?
-Ω0
-Ω0
0
Ω0
1
Ω
-Ω0
0
Ω0
1
Ω
图一图二
【解题思路】用白噪声过程的自相关和自功率谱的特点来证明。
解:(1)
(2)若l是正整数
则
因此只要取采样周期T是的整数倍,则得到的离散随机过程是白色的。
(3)同理
当,l是正整数
因此当T为的整数倍时,x(n)是白色的。
*通常可以假设弱平稳随机过程是白噪声激励一个线性系统的输出,这类过程称作线性过程。我们研究图示一个稳定系统,x(n)是白噪声,其均值为零,方差为。
试用系统的冲激响应表示y(n)的自协方差。
利用(1)的结果试用系统的频率响应表示y(n)的功率谱,当H(z)为如下有理函数
其输出过程同输入的白噪声过程关系满足如下差分方程:
证明滑动平均过程的自协方差Cyy(m)只在区间内不为零。
求自回归过程自协方差序列的通式。
证明若a0=1,自回归过程的自协方差序列满足差分方程
利用(5)的结果和Cyy(m)的对称性证明如下方程组成立:
解:(1)
(2)
而
(3)所谓滑动平均即为非递归。b0=1,bi=0(i1)
从式中可以看出最高幂次为,最低幂次为
组成的多项式幂次也应在此范围内。
(4)z反变换
这里
而
在自回归系统中,
由于h(n)是稳定序列,其在单位图上是收敛的;h(n)又是因果序列,在单位圆外也是收敛的。所以其极点只能在单位圆内。
若
利用留数定理,以单位圆作围线,
(5)
(6)∵x(n)和y(n)均为实数
这里有N+1个方程,已知
则由N+1个方程可唯一解出N+1个未知数和
一个简单的两点差分器可用下式来描述:
设x(n)为一均值为0方差为的白噪声,求输出y(n)的自相关和功率谱。
解:
y(n)的功率谱:
一个离散随机信号y(n)为y(n)=a+bn,式中a,b为相互独立的随机变量,其均值和方差分别是。求y(n)的均值、方差、自相关值。
解:y(n)的均值:
y(n)的方差:
y(n)的自相关:
设x(t)是一个平稳随机信号,rx(t)、Px(t)分别是x(t)的自相关函数及功率谱密度,是内均匀分布的随机变量,令,Ω0为常数,x与y相互独立。
求(1)y(t)的均值、自相关,是否为宽平稳
(2)y(t)的功率谱密度。
解:(
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