Иллюстрированный самоучитель по MathCAD 12

Пример: спектр модели сигнал/шум

Спектр мощности

В силу стохастичности исходных данных, представляющих сумму полезного сигнала и шума, сами вычисленные значения спектра Фурье носят также случайный характер. В этой связи необходимо знать, с какой погрешностью они рассчитываются. Однако из курса математической статистики известно, что для обычного Фурье-преобразования случайного сигнала (в частности, нормального) не найдено оценок для погрешности. Это слабое место Фурье-спектров делает их практически неприменимыми для анализа случайных сигналов, а вместо них надо применять так называемые спектры мощности (или, по-другому, энергетические спектры), для которых указанные оценки существуют.

Не углубляясь в теорию математической статистики, приведем пример вычисления спектра мощности сигнала (рис. 14.10), основанный его определении. Как известно, спектром мощности сигнала называют Фурье-преобразование его корреляционной функции. Таким образом, алгоритм расчета спектра мощности сводится к следующему: во-первых, вычислению автокорреляционной функции (рис. 14.12); во-вторых, ее прореживанию и (или) сглаживанию (в целях уменьшения влияния конечности выборки); и, наконец, в-третьих, расчету ее Фурье-преобразования. Результат вычисления спектра мощности (листинг 14.3) в соответствии с приведенным сценарием показан на рис. 14.13.

Примечание 1
Аналогичным образом, через Фурье-преобразование взаимной корреляционной функции, определяются взаимные спектры мощности двух выборок
.

Примечание 2
Еще один способ вычисления спектров мощности, не требующий расчета функции корреляции, приведен ниже (см. разд. 14.3.6)
.

Примечание 3
Методика расчета в Mathcad корреляционной функции случайного процесса обсуждалась в главе 12 (см. разд. 12.3.3)
.

Листинг 14.3. Расчет спектра мощности для модели сигнал/шум:

Иллюстрированный самоучитель по MathCAD 12 › Спектральный анализ › Пример: спектр модели сигнал/шум

Иллюстрированный самоучитель по MathCAD 12 › Спектральный анализ › Пример: спектр модели сигнал/шум
Рис. 14.12. Автокорреляционная функция модельной зависимости сигнал/шум (продолжение листинга 14.3)

Иллюстрированный самоучитель по MathCAD 12 › Спектральный анализ › Пример: спектр модели сигнал/шум
Рис. 14.13. График спектра мощности данных модельной зависимости сигнал/шум (продолжение листинга 14.3)

Если Вы заметили ошибку, выделите, пожалуйста, необходимый текст и нажмите CTRL + Enter, чтобы сообщить об этом редактору.