Спектральная плотность мощности детерминированного сигнала
Величина 
, характеризующая распределение энергии по спектру сигнала и называемая энергетической спектральной плотностью, существует лишь для сигналов, У которых энергия за бесконечный интервал времени конечна и, следовательно, к ним применимо преобразование Фурье.
Для незатухающих во времени сигналов энергия бесконечно велика и интеграл (1.54) расходится. Задание спектра амплитуд невозможно. Однако средняя мощность Рср, определяемая соотношением
оказывается конечной. Поэтому применяется более широкое понятие "спектральная плотность мощности". Определим ее как производную средней мощности сигнала по частоте и обозначим Ρk(ω):
Индексом k подчеркивается, что здесь мы рассматриваем спектральную плотность мощности как характеристику детерминированной функции u(t), описывающей реализацию сигнала.
Эта характеристика сигнала менее содержательна, чем спектральная плотность амплитуд, так как лишена фазовой информации [см. (1.38)]. Поэтому однозначно восстановить по ней исходную реализацию сигнала невозможно. Однако отсутствие фазовой информации позволяет применить это понятие к сигналам, у которых фаза не определена.
Для установления связи между спектральной плотностью Ρk(ω) и спектром амплитуд воспользуемся сигналом u(t), существующим на ограниченном интервале времени (-T<. t<T). К такому сигналу применимо равенство Парсеваля (1.56). Из сравнения (1.62) с правой частью соотношения (1.56) следует
|
|
|
где 
- спектральная плотность мощности сигнала, ограниченного во времени.
В дальнейшем будет показано (см. § 1.11), что, усредняя эту характеристику по множеству реализаций, можно получить спектральную плотность мощности для большого класса случайных процессов.
Функция автокорреляции детерминированного сигнала
Теперь в частотной области имеется две характеристики: спектральная характеристика и спектральная плотность мощности. Спектральной характеристике, содержащей полную информацию о сигнале u(t), соответствует преобразование Фурье в виде временной функции. Выясним, чему соответствует во временной области спектральная плотность мощности, лишенная фазовой информации.
Следует предположить, что одной и той же спектральной плотности мощности соответствует множество временных функций, различающихся фазами. Советским ученым Л.Я. Хинчиным и американским ученым Н. Винером практически одновременно было найдено обратное преобразование Фурье от спектральной плотности мощности:
где
Обобщенную временную функцию r(t), не содержащую фазовой информации, назовем временной автокорреляционной функцией. Она показывает степень связи значений функции u(t), разделенных интервалом времени t, и может быть получена из статистической теории путем развития понятия коэффициента корреляции. Отметим, что во временной функции корреляции усреднение проводится по времени в пределах одной реализации достаточно большой продолжительности.
|
|
|
Справедливо и второе интегральное соотношение для пары преобразования Фурье:
Пример 1.6 Определить временную функцию· автокорреляции гармонического сигнала u(t) = u0 cos(wt-φ). В соответствии с (1.64)
Проведя несложные преобразования
окончательно имеем
Как и следовало ожидать, ru(t) не зависит от φ и, следовательно, (1.66) справедливо для целого множества гармоник, различающихся фазами.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 279; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!