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自相關函數
鎖定
自相關函數(Autocorrelation Function)在不同的領域,定義不完全等效。在某些領域,自相關函數等同於自協方差(autocovariance)。
自相關函數定義
在統計學上,自相關被定義為,兩個隨機過程中不同時刻的數值之間的皮爾森相關(Pearson correlation).
如果X為廣義平穩過程,則
的期望
以及標準差
不隨時間t變化,則自相關函數可以表示為時間延遲
的函數,如下
信號處理
其中“*”是卷積算符,
為取共軛。
簡而言之,自相關函數是表達信號和它的多徑信號的相似程度。一個信號經過類似於反射、折射等其它情況的延時後的副本信號與原信號的相似程度。
自相關函數性質
以下以一維自相關函數為例説明其性質,多維的情況可方便地從一維情況推廣得到。
當f為實函數時,有:
當f是複函數時,該自相關函數是厄米函數,滿足:
其中星號表示共軛。
週期函數的自相關函數是具有與原函數相同週期的函數。
兩個相互無關的函數(即對於所有 τ,兩函數的互相關均為0)之和的自相關函數等於各自自相關函數之和。
由於自相關函數是一種特殊的互相關函數,所以它具有後者的所有性質。
連續時間白噪聲信號的自相關函數是一個δ函數,在除 τ = 0 之外的所有點均為0。
維納-辛欽定理(Wiener–Khinchin theorem)表明,自相關函數和功率譜密度函數是一對傅里葉變換對:
實值、對稱的自相關函數具有實對稱的變換函數,因此此時維納-辛欽定理中的復指數項可以寫成如下的餘弦形式:
自相關函數舉例
白噪聲的自相關函數為δ函數:
具有羅倫茲功率譜的色噪聲的自相關函數為:
<Q(t)Q(t')>=
自相關函數應用
信號處理中,自相關可以提供關於重複事件的信息,例如音樂節拍(例如,確定節奏)或脈衝星的頻率(雖然它不能告訴我們節拍的位置)。另外,它也可以用來估計樂音的音高。