随机过程(三)平稳随机过程

1. 定义

由于严平稳过程的统计特征是由有限维分布函数来决定的,在应用中比较难以确定,而宽平稳过程的判别只涉及一、二阶矩的确定,在实际中比较容易获得,因此主要研究宽平稳过程。并且我们把宽平稳过程简称为严平稳过程。这种仅研究与过程一、二阶矩有关性质的理论,就是所谓的相关理论
对于正态过程,由于其宽平稳性与严平稳性是等价的,故用相关理论研究是方便的。

统计特性
当过程随时间的变化而产生随机波动时,其前后状态是相互联系的,且这种联系不随时间的推延而改变。
定义:严平稳过程
随机过程(三)平稳随机过程
定义:宽平稳过程
随机过程(三)平稳随机过程

2. 联合平稳过程及相关函数的性质

2.1 联合平稳过程

随机过程(三)平稳随机过程
随机过程(三)平稳随机过程
上式最后两项是X(t)和Y(t)的互相关函数,为使输出过程为平稳过程,则这两项必须与t无关。
随机过程(三)平稳随机过程

2.2 相关函数的性质

相关函数的性质
随机过程(三)平稳随机过程
证明
随机过程(三)平稳随机过程
互相关函数的性质
随机过程(三)平稳随机过程
证明
随机过程(三)平稳随机过程

3. 随机分析

在微积分中,连续、导数、积分等概念都是建立在极限概念的基础上。对于随机过程的分析,也需要建立随机过程的连续性、导数和积分的概念,这些概念是建立在随机序列极限的基础上。这部分内容统称为随机分析
在随机分析中,随机序列极限的定义有多种,我们介绍几种常用的定义。由于主要研究宽平稳过程,因此以下的随机过程都假定为二阶矩过程。

3.1 收敛性概念

微积分中的收敛
随机过程(三)平稳随机过程
随机序列收敛的严格定义
随机过程(三)平稳随机过程
较弱的收敛定义——不一定要求对每个ee都收敛
随机过程(三)平稳随机过程
随机过程(三)平稳随机过程
随机过程(三)平稳随机过程
随机过程(三)平稳随机过程
以上四种弱收敛定义的关系
随机过程(三)平稳随机过程
均方极限的性质
随机过程(三)平稳随机过程
随机过程(三)平稳随机过程
随机过程(三)平稳随机过程

3.2 均方连续

随机过程(三)平稳随机过程
均方连续准则及推论
随机过程(三)平稳随机过程
随机过程(三)平稳随机过程

随机过程(三)平稳随机过程
随机过程的均方连续不能导致样本轨道的连续。
随机过程(三)平稳随机过程

3.3 均方导数

定义
随机过程(三)平稳随机过程
均方可微准则
随机过程(三)平稳随机过程
推论
随机过程(三)平稳随机过程
随机过程(三)平稳随机过程
随机过程(三)平稳随机过程
随机过程(三)平稳随机过程

3.4 均方积分

定义
随机过程(三)平稳随机过程
均方可积准则
随机过程(三)平稳随机过程
随机过程(三)平稳随机过程
随机过程(三)平稳随机过程
“牛顿—莱布尼茨公式”
随机过程(三)平稳随机过程

4. 平稳过程的各态历经性

平稳随机过程的统计特征完全由前二阶矩函数确定,我们知道,对于固定的时刻t,均值函数和协方差函数是随机变量X(t)的取值在样本空间Ω\Omega上的概率平均,是由X(t)的分布函数确定,通常很难求得。