第二章答案

发布 2022-07-14 16:05:28 阅读 1630

2-1、设随机过程)(tξ2可表示成)2cos(2)(θtt21)2=)]1([ξe,式中θ1,0是一个离散随变量,且1)0(==p、(=p,试求及。)(r

解:1)22cos(221)02cos(221)]1e;

2)22cos(2)2cos(21)02cos(2)0cos(221)]1()0([)1,0er。

2-2、设是一随机过程,若和是彼此独立且具有均值为0、方差为的正态随机变量,试求: twxtwxtz0201sincos)(=2σ1x2x

1)、;tze)](2tze

2)的一维分布密度函数; )tz)(zf

3)和。),21ttb),(21ttr

解:(1)0][sin][cos]sincos[)]20100201===xtewxtewtwxtwxetze

因为和是彼此独立的正态随机变量,和是彼此互不相关,所以1x1x2x0=1x2x][2xe

[sin][cos]sincos[)]22022102022202212xtewxtewtwxtwxetze+=+0][1=xe212211]xexexd221][σxe 又 ;

同理 222][σxe

代入可得22)](tze

2)由; 又因为是高斯分布0)](tze22)](tze)(tz

可得 2)](tzd

2exp(21)](22σσπztzf=

321212121ttrtzetzettrttb==

e)]sincos)(sincos[(202201102101twxtwxtwxtwx

e )]sin()sin()cos()cos([201022201021twtwxtwtwx+

令τσσ022102cos)(coswttw=τ+21tt

2-3、求乘积的自相关函数。已知与y是统计独立的平稳随机过程,且它们的自相关函数分别为)()tytxtz=)(tx(τyr)(t)(τxr、)。

解:因与是统计独立,故)(tx)(ty]yexexye=

tytxtytxetztzerz

yxrrtytyetxtx=++e

2-4、若随机过程)cos()(0θ+=twtmtz +=011)(τmr,其中是宽平稳随机过程,且自相关函数)(tm<≤

是服从均匀分布的随机变量,它与彼此统计独立。)(tm

1) 证明是宽平稳的; )tz

2) 绘出自相关函数)(τzr的波形;

3) 求功率谱密度及功率。)(wpzs

解:(1)是宽平稳的)(tz)](tze为常数;)(2121ttrttrzz=

][cos()]cos()(00θθ+twetmetwtmetze

0)](cos(21[200=+=tzedtwπθθ

]cos()(cos2021012121θθ+twtmtwtmetztzettrz)]cos()[cos()]201021 θθtwtwetmtm=e

)](21tmtme)(12ttrm只与τ=12tt有关;

令τ+=12tt

})(cos[)sin)sin(cos))[cos((2cos1[21{)cos(100++θtwew

)cos(210τw

所以 ),21ttrz=)cos(210τw)(τmr只与τ有关,证毕。

2)波形略;

3))(zr=)cos(210τw)(τmr<≤<其它,010),cos()1(2101),cos()1(2100τττww

(wpz)(τzr

而 )(zr的波形为。

(τmr t

可以对)(τmr求两次导数,再利用付氏变换的性质求出)(τmr的付氏变换。

1()(2)1mr p )2(2)2sin()(2wsawwwpm== 2()2([41)(0202wwsawwsawz++=

功率:=ss21)0(=zr

2-5、已知噪生的自相关函数)(tn)exp(2)(τaarn=,a为常数:

1) 求和; )wpns

2) 绘出)(τnr与的波形。)(wpn

解:(1)因为222)awata+ exp(

所以 )exp(2)(τaarn=222)(awawpn+=

2)0(ars==

3) 略 2-6、)(tξ是一个平稳随机过程,它的自相关函数是周期为2 s的周期函数。在区间(-1,1)上,该自相关函数ττ=1)(r。试求)(tξ的功率谱密度。)(wpξ

解:见第4题ττ=1)(r)2(2wsa

因为所以 σ∞ntntt)2trttδτξ

据付氏变换的性质可得)()wfwpwprδξ=

而 σ∞ntntt)2()(nnw)(π

故 =)wfwpwprδξ=2(2wsaς∞∞nnw)(π2()(2σ∞∞nnwsanwππδ

2-7、将一个均值为0,功率谱密度为20n的高斯白噪声加到一个中心角频率为、带宽为b的理想带通滤波器上,如图cw

2bπ wc wc w

1) 求滤波器输出噪声的自相关函数;

2) 写出输出噪声的一维概率密度函数。

解:(1))(2)()02whnwpwhwpio==

因为 )(0200τπwsawgww,故)()2πτπbbsawgb

又2ccbwwwwwgwh++=

cos(1)()cccwwwww++

由付氏变换的性质)()21)()2121wfwftftfπ

可得)(2)(0whnwpo=)]220ccbwwwwwgn++=

cos()(0τπτcwbbsanr=

2)0)](teoξ;;02)](0(bntero==ξ0)](2==∞teroξ

所以02)()0(bnrr=∞=

又因为输出噪声分布为高斯分布。

可得输出噪声分布函数为 )2exp(21)](020bntbntfo=πξ

2-8、设低通滤波器如图所示,求当输入均值为0,功率谱密度为rc20n的白噪声时,输出过程的功率谱密度和自相关函数。

解:1111)(+jwrcjwcrjwcwh

1)202)(112)()wrcnwhwpwpio+==

2)因为)exp(τa222awa+

所以 )exp(4)()112)(020rcrcnrwrcnwpooττ=

2-9、将均值为0,功率谱密度为20n 的高斯白噪声加到低通滤波器的输入端,

1) 求输出噪声的自相关函数;

2) 求输出噪声的方差。

解:jwlrrwh+=)

1))exp(4)()2)()022202ττlrlrnrwlrrnwhwpwpoio=+=0)](tneo (2);

lrnrrr4)0()(0(02==∞

2-10、设有一个随机二进制矩形脉冲波形,它的每个脉冲的持续时为t,脉冲幅度取的概率相等。现假设任一间隔t内波形取值与任何别的间隔内取值统计无关,且过程具有宽平稳性,试证: b1±b

1) 自相关函数 ≤>bbbtttrτττ1,0)(

2) 功率谱密度。2)](bbftsatwpπξ=

解: (1tter

当bt>τ时,)(tξ与)(τt无关,故0)(=r

当bt≤τ时,因脉冲幅度取1±的概率相等,所以在2t内,该波形取 -1的概率均为b41。

a) 波形取时,1 1

bt 在图示的一个间隔t内,btter

b) 波形取 -1时,

bt在图示的一个间隔t内,btter

)(41bbbtttττ×

当bt≤τ时tter

+×=2412)(41bbbtttττ×

btτ=1

故 ≤>bbbtttrτττ1,0)(

2) a 4(22ττwsaa

2τ 2τ 其中 2τa为时域波形的面积。

所以)2()(2bbwtsatwpr=ξξ

2-11、图示为单个输入、两个输出的线形过滤器,若输入过程)(tη是平稳的,求)(1tξ与)(2tξ 的互功率谱密度的表示式。(提示:互功率谱密度与互相关函数为付利叶变换对)

解: αdhtt)()011∫∞=dhtt)()022∫∞=

]()12111112τξξttettr

e=ααdht)()011∫∞βdht)()021∫∞+

ddrhh∫∫∞0021)()

所以derhhddderwpjwjw00211212

令βατ)(12wp''00derdehdehjwjwjw21wpwhwhη

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