Чому автокореляція отримує свій пік у нуль?


Відповіді:


10

Ви шукаєте офіційного доказу чи інтуїції, що стоїть за цим? У більш пізньому випадку: "Ніщо не може бути більше подібним до функції, ніж сама". Автокореляція у lag вимірює схожість між функцією та тією самою функцією, яку зміщує . Зауважимо, що якщо періодичний, зміщується на будь-яке ціле число, кратне і збігається, тож автокореляція має гребінкову форму - з піками в цілих кратних періодах з тією ж висотою, що і центральна вершина.f τ f f τ fτfτffτf


2
@JasonR Кінцевий енергетичний сигнал (про що задається ОП, оскільки він каже, що функцією автокореляції при нульовому відставанні є енергія) не може бути періодичним, і тому остання половина цієї відповіді не стосується питання ОП, але застосовується до функції періодичної автокореляції, яку визначають для періодичних сигналів. У своїй відповіді я намагався розрізнити ці два випадки, а також зазначив, що функції автокореляції періодичних сигналів можуть мати періодичні долини настільки ж глибокі, як періодичні піки.
— Діліп Сарват

@Dilip: Як завжди, хороші моменти.
— Джейсон R

це не доказ, навіть близький до доказу. просто слова, які працюють лише тому, що ви знаєте відповідь.
— Джон Сміт

7

Функція автокореляції аперіодичного сигналу кінцевої енергії дискретного часу задається для реальних сигналів і складних сигналів відповідно. Обмежившись реальними сигналами для зручності експозиції, розглянемо суму . Для фіксованої затримки та заданого , зазвичай матиме позитивне або негативне значення. Якщо так трапиться, що для певної затримки , невід’ємне для всіх , то всі додані в сумі суми будуть складені (без скасування) і так

Rx[n]=∑m=−∞∞x[m]x[m−n]    or   Rx[m]=∑m=−∞∞x[m](x[m−n])∗
x[m]x[m−n]nmx[m]x[m−n]nx[m]x[m−n]mRx[n]x [ m - n ] x [ m ] x [ m - n ] x [ m ] x x [ m ] = { sin ( 0,1 π м )гарантовано мати позитивне значення. Насправді сума буде найбільшою, якщо всі вершини співпадають з вершинами в а долини в співпадають з долинами в . Наприклад, якщо є надмірно вибірковою функцією sinc, скажімо, з піками при та долинах в , тоді матиме максимуми при (і тим самим знаком буде матиx[m−n]x[m]x[m−n]x[m]x
x[m]={sin⁡(0.1πm)0.1πm,m≠0,1,m=0
m=0,±25,±45,…±15,±35,±55,… x(t)Rx[n]n=0,±25,±45,…n=±15,±n=0,±25,±45,…мінімуми при коли вершини вирівнюються долинами). Глобальний максимум , очевидно , при затримці , коли найвищий пік в і збігаються. Дійсно, цей висновок стосується не лише цього сигналу, але й будь-якого сигналу. При відставанні ми маємо і нам гарантується, що не тільки всі вершини і долини вишикуються з кожної інше (незалежно від того, де вони трапляються в ), але також і те, що найвищі вершини та найглибші долини розташовані належним чином.n=±15,±35,±55,…R x [ n ] n = 0 x [ m ] x [ m - n ] n = 0 R x [ 0 ] = ∞ ∑ m = - ∞ ( x [ m ] ) 2 x [ m ]Rx[n]n=0x[m]x[m−n] n=0
Rx[0]=∑m=−∞∞(x[m])2
x[m]

Більш формально, для таких педантів, як @JohnSmith, які вимагають формальних доказів, нерівність Коші говорить, що для складних послідовностей і , Обмежуючись реальними значеннями послідовностей лише для полегшення експозиції, більш детальна версія говорить, що де рівність має верхню (нижню) межу, якщо є додатне (негативне) число таке, що , (тобтоuv

|∑mu[m](v[m])∗|2≤∑m|u[m]|2∑n|v[m]|2.
−∑m(u[m])2∑m(v[m])2≤∑mu[m]v[m]≤∑m(u[m])2∑m(v[m])2
λu=λvu[m]=λv[m] ∀m де ( )). Визнаючи, що суми всередині квадратних коренів - це енергії та послідовностей, ми можемо записати це Встановлення і де деяке ціле число, у нас є це і визнаючи, що заразλ>0λ<0EuEv
−EuEv≤∑mu[m]v[m]≤EuEv
u[m]=x[m]v[m]=x[m−n]n
−∑m(x[m])2∑m(x[m−n])2≤Rx[n]≤∑m(x[m])2∑m(x[m−n])2
Eu=Ev=Ex, маємо це з рівністю, що тримається в одному з меж, якщо для всіх . І, нарешті, відзначити , що , і що , коли , то послідовність є ідентичною з послідовністю (тобто - це додатне дійсне число таке, що для всіх ), маємо що , що показує, що має пікове значення при
−Ex≤Rx[n]≤Ex
x[m]=λx[m−n]m
Ex=∑m(x[m])2=Rx[0]
n=0u[m]=x[m]v[m]=x[m−n]=x[m−0]=x[m]λ=1u[m]=λv[m]m
−Rx[0]≤Rx[n]≤Rx[0]
Rx[n]n=0, всі інші значення автокореляції менші, ніж цей пік.


Коли - періодичний сигнал з кінцевою потужністю, суми, наведені вище для розходяться. У таких випадках використовується функція періодичної автокореляції де - період , є, для всіх цілих чисел . Зауважимо, що - це періодична функція . Тепер, хоча це правда, щодля максимальне значення також періодично повторюється:x[m]Rx[n]

Rx[n]=∑m=0N−1x[m](x[m−n])
Nx[m]x[m]=x[m−N]mRx[n]nRx[0]≥|Rx[n]|1<n<NRx[0]Rx[kN]=Rx[0] для всіх цілих чисел . Зауважте також, що можливо, що для деяких , як правило, при якщо парне, і тому ми можемо мати долини, які є настільки ж глибокими, як найвищі вершини функції періодичної автокореляції. Найпростіший приклад такої послідовності - коли і один період послідовності - , періодична автокореляція - це лише періодична послідовність , тобто чергування вершин і долин з автокореляцією. має пікове значення колиkRx[n]=−Rx[0]n∈{1,2,…,N−1}n=N/2NN=2[1 −1][2 −2]Rx[n]2nє парним цілим числом (не забувайте, що є парним цілим числом!) і має значення "анти пік" при непарних значеннях . Загалом, у нас це явище завжди, коли є парним, і один період можна розкласти на .0−2nNx→[x′→,−x′→]


3

використовуючи

(x[n]−x[n+m])2=x2[n]+x2[n+m]−2x[n]x[n+m]

можна легко це показати

Rx[m]=∑n=−∞∞x[n]x[n+m]=∑n=−∞∞x2[n]−12∑n=−∞∞(x[n]−x[n+m])2= Rx[0]−12∑n=−∞∞(x[n]−x[n+m])2

перший доданок просто а другий доданок - від’ємне число, яке віднімається від першого. це означає, що не може перевищувати для жодного .R x [ m ] R x [ 0 ] mRx[0]Rx[m]Rx[0]m


1
тут єдина правильна відповідь. велике спасибі, у мене виникли проблеми з його виведенням.
— Джон Сміт
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.