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[动力学和稳定性] 再论白噪音与平稳随机序列

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发表于 2007-9-21 16:28 | 显示全部楼层 |阅读模式

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今天在论坛上浏览,看到有一个讨论平稳性与白噪音是否重复的贴子,原贴如下:
http://forum.vibunion.com/forum/viewthread.php?tid=49379&highlight=%C6%BD%CE%C8
在上面这个贴子中,octopussheng兄从信号的角度阐述了他的观点,下面我想从时间序列的角度来谈谈我的看法。
有未尽之处,请大家批评指正,共同讨论。

首先从白噪音的定义出发,所谓噪音就是缺乏时迟相关的时间序列,而“任何”时迟之间都没有相关的序列叫做白噪音,它只有一个可变参数,即是方差σ2,也是白噪音序列的强度,另外一个参数为期望,也即均值,定义为零。
换句话说,只要一个时间序列x = {xt}满足如下条件,即称为白噪音:
(1)        E(xt) = 0
(2)        Cov(xt1,xt2) = E(xt1,xt2) =    0    当t1=t2
                              σ2    当t1~=t2
条件(2)可以等价地换为如下条件(3):
(3)  ρx(τ)  =  0  当τ~=0
                   1  当τ=0
说到这里应该很清楚了,但还需要区别两个概念。说一个序列是“白噪音”,是针对其时间属性而言的,从上面也可以看出来,所有的定义都是针对“时迟”的。而如果说这个序列同时也是“正态分布”的,则是针对其空间属性而言的,也即所有的点不分先后地(即抛弃其时间属性)以正态分布形式集中在期望(这里为零)周围就可以了。这时白噪音也叫做高斯白噪音,即matlab中的那个函数:wgn。

下面我附上了图,其中第一幅,是生成的1000*1的白噪音序列{xt};第二幅,是此白噪音序列的功率谱图,octopussheng兄也提到了,“白噪声是指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声”,这幅图可做印证;第三幅,是这个白噪音序列的“空间属性”,即{xt}序列中的各个点是如何在均值周围分布的;第四幅,是自相关系数图,可以看出只有在时迟为0时自相关系数为1,而在其它时迟几乎没有相关。

再来谈谈平稳随机序列的定义。
严平稳随机过程定义为:随机过程的所有统计性质与t无关,而由于严平稳过程少之又少,现在一般讲得比较多,为弱平稳过程,即只需要强调到序列的二阶统计性质与t无关。

在这个定义下,而一个序列的统计性质,可以用其期望、方差以及协方差完全刻划,或者等价地,用其期望及自相关系数刻划。
从上面白噪音的定义明显可以看出,没有任何一个一阶或二阶统计性质与t有关,也即它是满足弱平稳过程的。
如果是高斯白噪音,甚至是满足严平稳过程的,这是因为在数学上有严格证明,只要一个过程是正态分布的,其高阶统计性质可以完全由其二阶统计性质刻划。
所以说,弱平稳过程 + 正态分布 = 严平稳过程。

最后可以得出结论,在讲“白噪音”的时候,是没有必要提及“平稳性”的。

[ 本帖最后由 不化顽石 于 2007-9-21 17:54 编辑 ]
wgn.jpg

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发表于 2007-9-21 17:41 | 显示全部楼层
赞成上述说法。
发表于 2007-9-24 10:42 | 显示全部楼层

回复 #1 不化顽石 的帖子

说得太好了,让我对白噪音与平稳随机序列有了深入的认识。
发表于 2007-9-28 11:19 | 显示全部楼层
向楼主致敬
发表于 2007-9-29 00:28 | 显示全部楼层
好文章,学习了。正在找这方面的东西呢
发表于 2007-9-29 09:28 | 显示全部楼层
很遗憾,我现在才发现这个贴子。

我有一点疑问。

就我理解的白噪声的定义并不是楼主所描述的那样
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
换句话说,只要一个时间序列x = {xt}满足如下条件,即称为白噪音:
(1)        E(xt) = 0
(2)        Cov(xt1,xt2) = E(xt1,xt2) =    0    当t1=t2
                              σ2    当t1~=t2
条件(2)可以等价地换为如下条件(3):
(3)  ρx(τ)  =  0  当τ~=0
                   1  当τ=0
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
我的理解是只要信号的谱密度是常数的随机过程,就是白噪声。
如果按楼主的定义,实际上已经假定了,这个过程就是广义的平稳过程了。

一点愚见。欢迎指正。
发表于 2009-10-28 18:01 | 显示全部楼层

白噪声之迷

白噪声分为白噪声过程和白噪声序列,实际中我们用的是白噪声序列,而白噪声序列是广义平稳时间序列,而白噪声过程是狭义平稳过程.
因为白噪声过程的方差为无穷大,即能量是无穷大,故不是广义平稳过程,这个过程理论上用的,实际中是不存在的,所以也叫理想白噪声,而白噪声序列
的方差则是有限的,故是二阶矩过程,又由其自相关函数和均值函数知道为广义平稳过程.
都是通过自相关函数作傅立叶变换得到其功率谱密度,而白噪声过程的自相关函数是时间连续的,所以作的是连续傅立叶变换(需要引入广义函数Dirac函数的傅立叶变换,否则行不通),而
白噪声序列的自相关函数是时间离散的,故作的时间离散傅立叶变换(不离散傅立叶变换),其变换公式是不同的.

大多数教科书认识错误,把理想白噪声当成广义平稳过程来对待,但是前后矛盾.

欢迎指正
发表于 2009-10-28 18:07 | 显示全部楼层
另,白噪声与正态分布没有必然联系,虽然高斯白噪声是我们常见的白噪声,但也可以是其他分布的白噪声.
频谱和功率谱是不一样的,能量型信号考虑频谱,功率型信号考虑功率谱
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