Найдем P(x) для равномерного закона распределения

4. Найдем P(x) для равномерного закона распределения

X_min = -2,525 X_max = 0,042

Если во всей области изменения переменной Х связь отклика Y с воздействием Х, обусловленная видом характеристики y = f(x) нелинейного элемента, однозначна, то плотность вероятности распределения мгновенных значений P(y) по известной P(x) можно найти

 

где преобразованная зависимость y = f(x).

Если нелинейность такова, что какому-то значению y = y₁ отвечает конечное множество значений

, , … , то

++ …

Если линейность такова, что есть значения Y, которым в силу характеристики y = f(x) отвечает бесконечное число значений Х, то применяют следующее правило

 

 [-2,525; 0,042]  [0, 3] P(x) = 0,39

У нас нелинейность вида

Y =

 

 

В результате преобразования случайного процесса X(n) в безынерционной нелинейной цепи мы получили новый сигнал Y(n).

Для него m_1YN0 = 0,5132 _1YN0 = 0,5323 Гистограмма изображена на рисунке, ее огибающая схожа с графиком теоретически построенной функции P(y) следовательно, теоретические расчеты совпадают с практическим преобразованием.

Корреляционная функция R_y(t) и энергетический спектр случайного сигнала W_y(f) представлены на рисунках, приведенных ниже:

Интервал корреляции:

Энергетическая ширина спектра:

В результате преобразования случайного процесса X(n) в безынерционной нелинейной цепи случайный сигнал перестал быть равномерным. Математическое ожидание увеличилось и стало больше нуля. Среднеквадратичное отклонение уменьшилось примерно в 1,5 раза. Сигнал остался широкополосным.

6. В общем случае точно установить взаимосвязь закона распределения воздействия с законом распределения отклика линейной цепи и ее частотной характеристикой очень сложно. Но если протяженность во времени импульсной характеристики цепи такова, что хотя бы в несколько раз превышает _к входного случайного процесса, или полоса пропускания цепи в частотной области хотя бы в несколько раз меньше ширины энергетического спектра входного процесса, то при любом законе распределения P(х) входного процесса, случайный процесс на выходе линейной цепи будет иметь распределение, близкое к нормальному.

В результате фильтрации случайного процесса Y(n) в инерционной цепи (ПФ, f0 = 500 Гц, Q = 3) мы получили новый сигнал Z(n).

Для него m_1ZN0 = 0,0018 _1ZN0 = 0,1679

Определим по гистограмме с помощью критерия ² произошла ли нормализация случайного процесса Y(n) в результате его фильтрации в линейной цепи

где n_k – число отсчетов сигнала, попавший в k – интервал.

- теоретическая вероятность пребывания случайного сигнала в пределах каждого из интервалов X, N - общее число исследуемых отсчетов сигнала N_i = 10

P=Ф(-1,8)-Ф(-2,21)= - 0,92814+0,97289=0,045

Р=Ф(-1,38)+Ф(1,8)=-0,83241+0,92814=0,096

Р=-Ф(0,96)+Ф(1,38)= -0,66294+0,83241=0,1694

Р=-Ф(0,55)+Ф(0,96)= -0,41768+0,66294=0,24526

Р=-Ф(0,13)+Ф(0,55)=-0,10348+0,41768=0,3142

Р=Ф(0,29)+Ф(0,13)=0,22818+0,10348=0,33166

Р=Ф(0,7)-Ф(0,29)=0,51608-0,22818=0,28789

Р=Ф(1,12)-Ф(0,7)=0,73729-0,51607=0,22122

Р9=Ф(1,54)-Ф(1,12)=0,87644-0,73729=0,13915

Р10=Ф(1,95)-Ф(1,54)=0,94882-0,87644=0,07

K	Pk	nk
1	0,045	3	4,9
2	0,0096	5	2,5
3	0,1694	10	0
4	0,24526	18	6,4
5	0,3142	11	0,1
6	0,33166	12	0,4
7	0,28789	13	0,9
8	0,22122	13	0,9
9	0,13915	8	0,4
10	0,07	7	0,9

² =17,4 Нормализация Р случайного процесса Y(n) в результате его фильтрации в линейной цепи не происходит.

Графики корреляционной функции и энергетического спектра представлены ниже:

Интервал корреляции:

Энергетическая ширина спектра:

В результате фильтрации случайного процесса Y(n) в инерционной линейной цепи случайный сигнал становится близким к нормальному. К этому заключению приходим из того, что полоса пропускания цепи в частотной области почти в 2 раза меньше ширины энергетического спектра входного процесса. Математическое ожидание стало равно 0, 0018, а среднеквадратическое отклонение уменьшилось до 0,1679. Сигнал стал узкополосным – это произошло из-за частотной характеристики К() линейной цепи – ПФ.

Выводы

1.  При взятой длине реализации N = 100, ² является наименьшим из всех рассмотренных N_. Математическое ожидание отличается на 9% от заданного, а среднеквадратическое отклонение на 1%

2.  По виду корреляционной функции и энергетическому спектру заключаем, что сигнал широкополосный.

3.  В результате преобразования случайного процесса X(n) в безинерционной нелинейной цепи, случайный сигнал перестал быть равномерным. Математическое ожидание увеличилось и стало больше 0, среднеквадратичное отклонение уменьшилось примерно в 1,5 раза. Сигнал остался широкополосным, _к и f_э остались прежними.

4.  В результате фильтрации случайного процесса Y(n) в инерционной цепи нормализация не произошла. Математическое ожидание стало равным 0,0018, а среднеквадратическое отклонение 0,1679. Сигнал стал узкополосным, энергетическая ширина спектра составила

, а

Литература

1) Козлов В.А. Преобразование случайных сигналов в безынерционных нелинейных и инерционных линейных цепях. Казань, КГТУ им. А.Н. Туполева, 2001 г.

2) Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М, Советское радио. 1977 г.