50445

Статистические модели сигналов в линейных системах

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Пусть случайный стационарный процесс заданный своим математическим ожиданием 1 и ковариационной функцией 2 поступает на вход стационарной линейной системы с весовой функцией . Соотношение входвыход в установившемся режиме равно = 3 Из выражения 3 следует что математическое ожидание сигнала на выходе системы . 4...

Русский

2014-01-23

527 KB

3 чел.

Лабораторная работа №6

Статистические модели сигналов в линейных системах.

Цель работы.

Исследование характеристик случайных стационарных процессов в линейных системах.

Основные положения.

Пусть случайный стационарный процесс, заданный своим математическим ожиданием

,      (1)

и ковариационной функцией

,     (2)

поступает на вход стационарной линейной системы с весовой функцией .

Соотношение вход-выход в установившемся режиме равно

=    (3)                                 

Из выражения (3) следует, что математическое ожидание сигнала на выходе системы

.      (4)

                                                                                   

Ковариационная функция сигнала на выходе системы описывается выражением

. (5)

Формула (5)используется для случая установившегося режима, при условии, что система асимптотически устойчива.

Дисперсия сигнала на выходе системы  равна                                                 

.   (7)

Из выражения (7) следует, что  для вычисления дисперсии на выходе линейной системы знание дисперсии входного сигнала недостаточно, а необходимо располагать его ковариационной функцией.

Применяя к обеим частям выражения (5) преобразование Лапласа, получим соотношение между спектральными  плотностями входного и выходного сигналов системы

,     (8)

где:  - спектральная плотность сигнала на входе системы,

    - спектральная плотность сигнала на выходе,

        - передаточная функция системы.

        Таким образом, спектральная плотность сигнала на выходе стационарной линейной системы в установившемся режиме равна спектральной плотности сигнала на входе, умноженной на квадрат модуля передаточной функции системы.

Применив к обеим частям выражения (8) обратное преобразование Лапласа получим связь между ковариационной функцией и спектральной плотностью выходного сигнала

   .(9)

Полагая в соотношении (9)   получим выражение для дисперсии  выходного сигнала

     (10)

Для вычисления оценок математического ожидания и дисперсии сигнала на выходе системы можно воспользоваться  стандартными ретроспективными соотношениями, приводящими к несмещенным оценкам

                                    и             .

Для расчета  оценок  математического ожидания  и дисперсии на ЭВМ  удобнее использовать рекуррентные формулы

      (11)

где: - оценка математического ожидания на i-том шаге,

- i-тое измеренное значение сигнала,

n - количество измерений

(12)

где: - оценка дисперсии на i-том шаге,

      - i-тое измеренное значение сигнала,

n - количество измерений.

Формула для вычисления оценки ковариационной функции  (в установившемся режиме):

                 ,     (13)

где: - i-тое измеренное значение сигнала,

        n - количество измерений.

Описание модели.

Моделирование задачи осуществляется  стандартными средствами пакета MATLAB, путем программной реализации основных блоков  (Рис.1).

Рис.1

На вход формирующего фильтра поступает единичный белый  шум ,генерируемый алгоритмическим датчиком случайных чисел. Формирующий фильтр представляет собой звено с такой передаточной функцией, которая формирует случайный процесс с заданной спектральной плотностью (ковариационной функцией) из единичного белого шума. Далее полученный сигнал  поступает на вход исследуемой линейной системы. На выходе линейной системы получаем случайный сигнал с иной чем на входе ковариационной функцией и спектральной плотностью. Связь между ковариационными функциями на входе и выходе линейной системы можно получить по формуле (5), между спектральными плотностями на входе и выходе по формуле (8). Характеристики сигналов  на входе линейной системы, а также типы исследуемых линейных систем представлены ниже.

Характеристики сигналов  на входе линейной системы.

Вариант 1.

Ковариационная функция .

Спектральная плотность .

 

Вариант 2.

Ковариационная функция .

Спектральная плотность .


Вариант3.

Ковариационная функция

..

Спектральная плотность

В  работе исследуются  два типа динамических звеньев:

1.Апериодическое звено с передаточной функцией

.

 

2.Колебательное звено c передаточной функцией

.

Блок оценок характеристик представляет собой программу на языке MATLAB, составленную на основе формул (11)-(13). Программа для заданных параметров ковариационной функции входного сигнала и передаточной функции линейной системы рассчитывает  следующие оценки: математического ожидания ,  дисперсии,  ковариационной функции и спектральной плотности как на входе так и на выходе системы.

Программа исследований.

1) Войдите в MATLAB for Windows и запустите программу model 6.m.

2) В соответствии с конкретным вариантом задания составьте программу исследований и согласуйте ее с преподавателем.

 В появившемся на экране диалоговом окне последовательно выполняйте следующие действия:

3) В рабочей области «ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ» выберите заданный тип сигнала на входе.

4) В появившихся полях для ввода, введите заданные параметры ковариационной функции сигнала на входе.

5) В рабочей области «ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ» выберите заданный тип системы.

6) В появившихся полях для ввода введите заданные параметры передаточной функции системы.

7) В рабочей области «РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК» выберите подпункт «На входе системы».

8) Проанализируйте полученные результаты. При необходимости кнопкой «Увеличить» увеличьте окно вывода графика.

9) В рабочей области «РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК» выберите подпункт «На выходе системы».

10) Проанализируйте полученные результаты. При необходимости увеличьте или уменьшите количество реализаций (соответствует масштабу по времени).

11) Изменив параметры ковариационной функции сигнала на входе и передаточной функции линейной системы повторите пункты 3—10.

12) Сформулируйте выводы о проделанной работе.

Содержание отчета.

1) Цель работы.

2) Краткое теоретическое  обоснование и основные формулы.

3) Список значений вводимых параметров

4) Результаты моделирования.

5) Выводы.

 

Линейная система

Формирующий фильтр

Блок оценок характеристик

EMBED PBrush  

EMBED PBrush  

EMBED PBrush  

EMBED PBrush  

EMBED PBrush  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

28312. Право общей долевой собственности: понятие, режим, особенности 14.05 KB
  Право общей долевой собственности: понятие режим особенности. Содержание права общей долевой собственности составляет собственникам правомочия по владению пользованию и распоряжению общим имуществом и каждый собственник независимо от размера своей доли имеет 1 голос при решении правовых вопросов касающихся этой собственности. Осуществление права общей долевой собственности должно происходить по взаимному согласию всех собственников. Поэтому при осуществлении права общей долевой собственности в принципе не имеет значения какой...
28313. Право общей совместной собственности 14.78 KB
  Право общей совместной собственности: понятие режим особенности В ГК РФ закреплены 2 вида совместной собственности:1 Собственность супругов; 2 Членов крестьянского фермерского хозяйства. Участники совместной собственности так же как и участника долевой собственности владеют пользуются и распоряжаются общ. Сделки по распоряжению общим имуществом может совершать каждый из участников совместной собственности если иное не вытекает из соглашения между ними. Необходимым условием возникновения совместной собственности супругов является...
28314. Общество с ограниченной и дополнительной ответственностью как участники гражданских правоотношений 18.21 KB
  Участники общества с ограниченной ответственностью не отвечают по его обязательствам и несут риск убытков связанных с деятельностью общества в пределах стоимости своих вкладов. Главная гарантия обеспечения интересов кредиторов общества – его уставный капитал. Величина уставного капитала общества должна быть не меньше 100кратного размера минимальной оплаты труда установленного законодательством РФ на дату представления учредительных документов. Уставный капитал составляется из стоимости вкладов участников общества.
28315. Акционерное общество. Виды 15.58 KB
  Акционерным обществом признается общество уставный капитал которого разделен на определенное число долей выраженных ценными бумагами акциями; участники акционерного общества акционеры не отвечают по его обязательствам и несут риск убытков связанных с деятельностью общества в пределах стоимости принадлежащих им акций п. Характерным признаком отличающим акционерное общество от общества с ограниченной ответственностью является удостоверение прав акционера ценной бумагой акцией. Мелкие акционеры в большинстве своем преследуют цель...
28316. Государственные и муниципальные унитарные предприятия 15.66 KB
  Государственные и муниципальные унитарные предприятия. Государственные и муниципальные унитарные предприятия – это коммерческая организация не наделенная правом собственности на закрепленное за ней собственником имущество. Соответственно унитарные пред приятия подразделяются на государственные федеральные предприятия предприятия субъектов Федерации и муниципальные. № 161ФЗ О государственных и муниципальных унитарных предприятиях далее Закон об унитарных предприятиях и иными правовыми актами.
28317. Понятие, порядок образования и деятельности производственных и потребительских кооперативов 16.7 KB
  Число членов кооператива не может быть менее пяти человек. Членами кооператива могут быть граждане Российской Федерации иностранные граждане лица без гражданства. Законодательно установлены права и обязанности члена кооператива. Член кооператива вправе: 1 участвовать в производственной и иной хозяйственной деятельности кооператива а также в работе общего собрания членов кооператива с правом одного голоса; 2 избирать и быть избранным в наблюдательный совет исполнительные и контрольные органы кооператива; вносить предложения об улучшении...
28318. Некоммерческие организации (НКО) как юридические лиц 15.86 KB
  Большинство НКО представляют собой корпорации основанные на принципах членства но чаще встречаются ЮЛ не являющиеся корпорациями фонды учреждения автономные НКО. Потребительским кооперативом признается основанная на началах членства организация созданная для удовлетворения материальных и иных потребностей участников путем объединения ими имущественных взносов ст. Товариществом собственников жилья признается организация созданная на началах членства гражданами или иными собственниками жилья для совместного использования находящихся в...
28319. Участие публично-правовых образований (ППО) в гражданско-правовых отношениях 15.9 KB
  Участие публичноправовых образований ППО в гражданскоправовых отношениях. Участие государства и иных ППО в вещных отношениях: РФ ее субъекты и МО являются собственниками своего имущества и в этом качестве участвуют в вещных ПО. Как собственники своего имущества ППО независимы друг от друга и выступают в ГПО как самостоятельные равноправные и имущественно обособленные субъекты например государство может устанавливать порядок приватизации но не может определять объекты. РФ не отвечает своей казной по обязательствам иных ППО а последние...
28320. Объекты гражданских правоотношений: понятие, виды 14.94 KB
  Статья 128 содержит перечень таких объектов: а вещи включая деньги и ЦБ иное имущество в том числе имущественные права; б работы и услуги; в информация; г результаты интеллектуальной деятельности и исключительные права на них интеллектуальная собственность; д нематериальные блага. Общеизвестно что объектом правового регулирования может выступать поведение деятельность людей а вещи и иные материальные и нематериальные блага составляют объект соответствующих действий субъектов ПО. Виды объектов ГПО: а К материальным благам...