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

45762. Одномерный человек 41.5 KB
  В результате пролетариат перестал быть революционным классом интегрировавшись в привычную систему ценностей а общество утратило возможности развития. Общество стало бесклассовым но оно далеко от марксова идеала коммунизма. Вместо коммунизма получилось одномерное общество неототалитарная Система существующая за счет гипноза средств массовой информации которые внедряют в каждое индивидуальное сознание ложные потребности и культ потребления. Общество называется свободным имеется в виду либеральное общество в то время как на самом деле в...
45763. НИЦШЕ "АНТИХРИСТ. ПРОКЛЯТИЕ ХРИСТИАНСТВУ" 36 KB
  ПРОКЛЯТИЕ ХРИСТИАНСТВУ предпоследняя работа Ницше Der ntichrist ; первое издание в 1895 окончательная редакция 1956. Позиция Ницше была не совместима с традиционалистским атеизмом. Скорее позиция Ницше напоминает бунт преодоление а не голое и бесплодное отрицание. Священников Ницше именует ядовитыми пауками на древе жизни Церковь для Ницше смертельный враг всего благородного на земле она стремится растоптать всякое величие в человеке она выступает за все болезненное и слабое.
45764. Ницше «Рождение трагедии из духа музыки» 37 KB
  Следует отметить что уже в предисловии посвященном Рихарду Вагнеру Ницше заявляет важнейшую посылку своей работы серьезное отношение к эстетической проблематике к искусству говоря о том что противопоставление искусства серьезности существования грубое недоразумение и что его собственное убеждение это взгляд на искусство как на высшую задачу и собственно метафизическую деятельность в этой жизни. Рождение трагедии из духа музыки Die Geburt der Trgödie us dem Geiste der Musik эстетический трактат 1872 года в котором...
45765. Остин. Как производить действия при помощи слов 40 KB
  Остин требует соотносить философские понятия с понятиями обыденного языка с тем как то или иное слово употребляется в обыденной речи. Книга Как произошло слово самая знаменитая работа по философии обыденного языка . Теория речевых актов представлена в нем как только лингвистическая теория ни о какой философии обыденного языка там и речи нет. Введение перформатива позволяет Остину определить область действия правил логической семантики “утверждений†и очертить таким образом сферу употребления терминов обыденного языка определяемое их...
45766. Полани. Личностное знание 37 KB
  Полани является автором концепции личностного или неявного знания которое с его точки зрения нельзя выразить в явной форме но которое является сущностной составляющей деятельности ученого. Ключевое понятие “эпистемологическая страстность†для Полани “истина†это личностная категория относящаяся к убеждениям каждого конкретного человека. Что касается проблемы сознания то Полани так определяет свою концепцию: “Главным ключом для пересмотра этого понятия понятия “знаниеâ€.Для Полани “личностное знание†это сплав...
45768. Платон. Парменид 35.5 KB
  Однако следует принять во внимание тот факт что между логикой гипотез Платона и структурой логики Гегеля в движении идеи от бытия до понятия существует полное совпадение http: www. Первая гипотеза 137с 142а говорит о том что исходной категорией логики является всеобщее единое субстанция или бытие по Гегелю которое только по форме абстрактно бессодержательно. Вторая гипотеза 142b 157а это уже начало движения самой логики которая развёртывается из единого содержащего в снятом виде и субъект и все его предикаты....
45769. Розанов. Апокалипсис нашего времени 25 KB
  Две темы: христианство и пол половой вопрос. В человеке еситнечто принадлежащее полу. О человеке нельзя ничего сказать не ограничиваясь его полом. Человек наиболее характерен в сысле разделенности на пол.
45770. Ж.-П. Сартр. «Бытие и ничто» 33 KB
  Бытие и ничто В поисках бытия.2 Бытиедлясебя Ч. 4 обладание действие и бытие основное философское произведение Сартра развернуто и целостно излагающее и обосновывающее фундаментальные онтологические положения и методологические принципы его атеистического экзистенциализма проясняющее его предельные метафизические предпосылки и закладывающее основы сартровского метода экзистенциального психоанализа впоследствии оформившегося как метод биографического анализа. Построение трактата подчинено поиску в опыте эйдетической рефлексии ответов на...