直观显示白噪声--正态分布

时间:2024-04-01 15:08:30

1. 标准正态分布

若,二维连续随机变量(X,Y)的联合概率密度为:

f(x,y)=12πσ1σ21ρ2e12(1ρ2)[(xμ1)2σ122ρ(xμ1)(yμ2)σ1σ2+(yμ2)2σ22]

则,称二维连续随机变量(X,Y)服从参数为μ1,μ2,σ1,σ2,ρ的二维正态分布。
记作:
(X,Y)N(μ1,μ2,σ1,σ2,ρ)


那么,标准正态分布(X,Y)N(0,0,1,1,0),即:

f(x,y)=12πe12[x2+y2]

的图像为:
直观显示白噪声--正态分布


假设,有一个白噪声向量,

wk=[XY]N(0,R),R=[1001]

那么,产生足够多的点之后,做统计,绘制出的概率图线就是上图所示。
【注】:矩阵非主对角线的元素,反应了向量中随机变量的相关性(ρ)。
若是对角阵,则表明各个变量之间相互独立。(对于正态分布成立,不相关==独立)


2. 3个陀螺的随机噪声构成的矢量

记零均值高斯白噪声矢量为:wgb
此时,无法直接绘出3个随机变量的联合概率密度图线。(需要在四维空间里绘制,但是,直观感觉类似)

一般,我们给出陀螺随机游走的系数(认为三个陀螺有相同系数),如
web=0.001/h
然后,使用 wgb=webtsrandn3,1仿真产生数据。

性质1:若XN(0,1),则,σXN(0,σ2)

这等价于:

wgbN(0,R),R=[web2ts000web2ts000web2ts]


那么,在零均值高斯白噪声wgb之前乘上一个矩阵,表明什么含义呢?
例如:Cω1Cbnwgb

先找一个简单的二维的例子:(如前面图线绘制的)

wk=[XY]N(0,R),R=[1001]

在它前面乘上一个矩阵:如
[1111]wk=[X+YX+Y]N(0,R),R=[2112]

【注】:此时,矢量的两个元素,不再完全独立,甚至是 完全不独立!

性质2:若XN(0,σ12)YN(0,σ22),则,X+YN(0,σ12+σ22)

同理,可以预见,当变成了3个随机变量组成的矢量;本来矢量元素间独立的关系,变成了元素间存在了耦合关系。