75609

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ СИГНАЛА. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОДОБИЯ СИГНАЛОВ. КОРРЕЛЯЦИЯ

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Элемент из этого числового набора называется компонентом вектора. Это означает что анализ вектора f аналогичен анализу функции непрерывного сигнала ft если она не имеет точек разрыва. Для этого необходимо определить понятия: расстояния между векторами скалярное расстояние норма вектора...

Русский

2015-01-15

136 KB

3 чел.

ОС.Лекция 2

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ СИГНАЛА. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОДОБИЯ СИГНАЛОВ. КОРРЕЛЯЦИЯ.

Методы цифровой обработки обоснованы в [1] на основе аналогии с векторным представлением дискретизированных сигналов. Изложение этого подхода приведено ниже.

При малом интервале дискретизации можно достаточно точно воспроизвести аналоговый сигнал по цифровому сигналу. Если временной интервал [a,b] разделить на одинаковые отрезки, а сигнал f, уже подвергшийся дискретизации, перевести в цифровую форму и записать в виде ряда значений N точек

                                  f=(f1, f2, …fN),

то f можно представить N-мерным вектором (N-мерным вектором называется величина, представленная набором N числовых значений, расположенных в определенном порядке). Элемент из этого числового набора называется компонентом вектора.

Качество приближения функции f(t) будет зависеть от числа N. Если увеличивать N, то степень приближения будет тоже увеличиваться. Если увеличивать N до бесконечности, то вся информация, содержащаяся в f(t), будет содержаться в f. Это означает, что анализ вектора f  аналогичен анализу  функции непрерывного сигнала f(t), если она не имеет точек разрыва.

Двумерный вектор соответствует одной точке в двумерном пространстве, т.е. на плоскости, трехмерный вектор тоже соответствует одной точке, но в трехмерном пространстве, а N-мерный вектор – одной точке в N-мерном пространстве. Назовем это пространство бесконечно большой размерности пространством функций.

Цель этой аналогии заключается в том, чтобы объяснить физический смысл коэффициента корреляции как показателя степени близости функций, и прицип разложения любой произвольной функции сумму составляющих (это объяснит, например, почему возможно разложение любой функции в ряд Фурье или какой-либо другой и по каким функциям можно разложить, а по каким нельзя).

Для этого необходимо определить понятия: расстояния между векторами, скалярное расстояние, норма вектора.

Определение степени близости функций

Рассмотрим задачу определения взаимоотношения между сигналами f(t) и g(t) по их векторному представлению. Конечно, два значения сигнала весьма слабо характеризуют сигналы, но, как будет показано дальше, выводы, сделанные по двум выборкам могут быть распространены на случай сколь угодно большого количества выборок.

Итак, определим векторы, содержащие по два элемента из выборки каждого сигнала, иначе говоря, двумерные векторы. Обозначим их как f и g:

                        f=( f1 , f2),      g=( g1 , g2  )

Если сигналы выразить через векторы, то исследование отношений между сигналами будет равносильно исследованию отношений между векторами. Исследование может заключаться в определении степени близости функций. В векторном представлении это соответствует расстоянию между векторами. Обозначим d(f,g) расстояние между векторами f и g. Чем меньше значение d, тем ближе векторы f и g, а, значит, и сильнее между ними взаимосвязь.

Величину вектора f (абсолютное значение) обозначим как   || f ||. Используя компоненты вектора f, получим:

|| f || называют также нормой вектора f.

Итак, из рис. 1 видно, что расстояние между векторами f и g есть норма вектора fg. Это можно записать, используя компоненты векторов, в следующем виде:

Однако, норма вектора характеризует лишь величину вектора разности, но не учитывает его направления.

Для выражения связи между векторами используют скалярное произведение. Скалярное произведение между   f и g   обозначается как   и определяется как

Следовательно

Обозначим эту величину

, следовательно

Величина r выражает силу связи между векторами f и g   через угол между ними. Если направления f и g   совпадают, т.е. , то r принимает максимальное значение, равное 1. С увеличением угла  значение r уменьшается. Если r=0, т.е. =0, то векторы f и g взаимно перпендикулярны. Назовем величину r коэффициентом корреляции.

Как видно из приведенного выше соотношения, r зависит от угла между векторами и не зависит от нормы векторов. Выразим скалярное произведение, используя компоненты вектора:

Чтобы вывести эту формулу, применим теорему косинусов для векторов:

Следовательно

Подставим полученные результаты в выражение коэффициента корреляции и представим r следующим образом:

Представляя это выражение через составляющие вектора, получим

Из этого соотношения можно вывести выражение для коэффициента корреляции в N-мерном пространстве:

Обобщив последнее соотношение можно вывести формулу для скалярного произведения функций. Используя соответствие вектор функция, сумма интеграл, определим скалярное произведение функций f(t) и g(t) на интервале [a,b] :

Скалярное произведение функции f(t) на саму себя:

Это означает, что f(t) имеет те же свойства, какими обладает многомерный вектор в векторном пространстве. То, что мы смогли определить скалярное произведение функций, означает также и то, что мы приняли и учли такое понятие, как угол между функциями. Если функции f(t) и g(t) в пространстве функций расположены под углом , то коэффициент корреляции можно определить так же, как и в случае векторов, используя норму и скалярное произведение:

Если записать подробно, то получим:

Это соотношение имеет довольно сложный вид, но принцип тот же, что и в случае векторов. Как и прежде, коэффициент корреляции показывает степень «похожести» функций. Причем r принимает значения от -1 до 1. Чем больше значение r по абсолютной величине, тем выше корреляция между функциями. Иначе говоря, они более похожи.

Однако стоит отметить, что коэффициент корреляции не является единственным показателем похожести функций.

PAGE  1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

42241. Вставка изображений, списков и гипертекстовых ссылок в Web-страницы 432.5 KB
  Адресатом ссылки может быть: начало какоголибо раздела данного документа HTML другой документ HTML изображение звуковой клип видеоклип программа и т. Атрибут nme и id используется для создания внутренних ссылок меток или якорей в документе к разделам документа таблицам рисункам терминам и т. например: nme= P01 Раздел 1.1 Тот же пример с использованием атрибута id рекомендуется использовать именно этот атрибут: id= P01 Раздел 1.
42242. Вставка таблиц в Web-страницы. Элементы и стили таблиц в языке HTML 125 KB
  Основные элементы представления таблиц в HTML Основные элементы представления таблиц: представление всей таблицы элемент tble ; представление заголовка таблицы элемент cption ; представление строки таблицы элемент tr ; представление ячейки таблицы элементы th и td . В Webстранице может содержаться произвольное число таблиц допускаются также вложенные таблицы. Представление всей таблицы 3. Описание таблицы состоит из одной или нескольких строк задаваемых в контейнере tble tble с помощью контейнеров tr tr .
42243. Использование карт ссылок и фреймов в Web-страницах 209.5 KB
  работа 207 Использование карт ссылок и фреймов в Webстраницах 1. Программное обеспечение: операционная система Windows Webбраузер Internet Explorer версии 6. Клиентский вариант карты ссылок Карты ссылок Imgemp Imge Mp re Mp Clickble Mp Sensitive Mp предоставляют пользователям возможность перехода на другие Webстраницы при щелчке мышью по отдельным фрагментам изображения. При использовании обычной гиперссылки для изображения переход на другую Webстраницу выполняется при щелчке мышью в любом месте изображения т.
42244. Программирование на языке JavaScript (данные, функции и управление выполнением программы) 186.5 KB
  Программирование на языке JvScript данные функции и управление выполнением программы 1. Цель работы Целью работы является овладение навыками работы с данными функциями и предложениями управления при создании интерактивных Webстраниц с использованием языка сценариев JvScript. Синтаксис языка JvScript Текст программы на языке JvScript представляет собой последовательность символов в кодировке SCII или Unicode. Комментарии в языке JvScript можно оформлять одним из следующих двух способов: 1.
42245. Программирование на языке JavaScript (встроенные объектные типы) 194.5 KB
  Предложение создания нового объекта имеет следующий синтаксис: vr переменная = new имяобъектноготипа[параметры] Этот оператор создает новый экземпляр объекта заданного объектного типа и присваивает его значение переменной. Пример создание переменной встроенного объектного типа String: vr string1= new String Строка 1 ; Объекту может быть присвоено специальное значение null. Объект который еще не инициализирован также имеет значение null. Свойства объектного типа Mth Свойство Значение E Значение константы Эйлера 2718.
42246. Создание объектов в языке JavaScript, регулярные выражения и обработка ошибок 496.5 KB
  Опции шаблона регулярного выражения Опция Назначение g Глобальный поиск т. Свойства объекта Regulr Expression Имя Значение Тип возвращаемого значения Возможность изменения globl Состояние опции g true включена или flse выключена Только для чтения ignoreCse Состояние опции i true включена или flse выключена Только для чтения multiline Состояние опции m true включена или flse выключена Только для чтения source Копия строки шаблона регулярного выражения Строка Только для чтения lstIndex Позиция того символа в строке с которой...
42247. Программирование на языке JavaScript (использование средств объектной модели документа) 217 KB
  Целью работы является приобретение навыков использования свойств и методов предоставляемых объектной моделью документа DOM и средств обработки событий для создания интерактивных Webстраниц с использованием языка сценариев JvScript. Программное обеспечение: операционная система Windows Webбраузер Internet Explorer версии 6. их представление в виде объектов с заданными свойствами и запрограммированными методами должна выполняться производителем Webбраузера. form select Выделяет содержимое области типа text file или...
42248. Использование форм в Web-страницах. Вставки форм в Web-страницах 267.5 KB
  Использование форм в Webстраницах Целью работы является знакомство с элементами вставки форм в Webстраницах. Программное обеспечение: операционная система Windows Webбраузер Internet Explorer версии 6. Модуль Bsic Forms Формы HTML первоначально были предназначены для пересылки данных от удаленного пользователя к Webсерверу.
42249. Работа с объектом window, анимация. Создание интерактивных Web-страниц с использованием языка сценариев JavaScript 165 KB
  Целью работы является овладение навыками работы с окнами типа window при создании интерактивных Webстраниц с использованием языка сценариев JvScript. Программное обеспечение: операционная система Windows Webбраузер Internet Explorer версии 6. Объект window в JvScript Все Webбраузеры выводят пользователям Webстраницы в окне дисплея. Объект window представляет текущее окно Webбраузера или отдельный фрейм если окно разделено на фреймы.