这么讲解高斯白噪声,还有噪声,谁都会懂

这么讲解⾼斯⽩噪声,还有⾊噪声,谁都会懂
百度百科上解释为 “⾼斯⽩噪声,幅度分布服从⾼斯分布,功率谱密度服从均匀分布”,听起来有些晦涩难懂,下⾯结合例⼦通俗⽽详细地介绍⼀下。
⽩噪声,如同⽩光⼀样,是所有颜⾊的光叠加⽽成,不同颜⾊的光本质区别是的它们的频率各不相同(如红⾊光波长长⽽频率低,相应的,紫⾊光波长短⽽频率⾼)。⽩噪声在功率谱上(若以频率为横轴,信号幅度的平⽅为功率)趋近为常值,即噪声频率丰富,在整个频谱上都有成分,即从低频到⾼频,低频指的是信号不变或缓慢变化,⾼频指的是信号突变。
由傅⾥叶变换性质可知,时域有限,频域⽆限;频域有限,时域⽆限。那么频域⽆限的信号变换到时域上,对应于冲击函数的整数倍(由公式也可推得:)。即说明在时间轴的某点上,噪声孤⽴,与其它点的噪声⽆关,也就是说,该点噪声幅值可以任意,不受前后点噪声幅值影响。简⽽⾔之,任意时刻出现的噪声幅值都是随机的(这句话实际上说的就是功率谱密度服从均与分布的意思,不同的是,前者从时域⾓度描述,⽽后者是从频域⾓度描述)。这⾥要指出功率谱密度(Power Spectral Density,PSD)的概念,它从频域⾓度出发,定义了信号的功率是如何随频率分布的,即以频率为横轴,功率为纵轴。
职业选择理论既然⽩噪声信号是“随机”的,那么反过来,什么叫做 “相关”呢?顾名思义,相关就是某⼀时刻的噪声点不孤⽴,和其它时刻的噪声幅值有关。其实相关的情况有很多种,⽐如此时刻的噪声幅值⽐上⼀时刻的⼤,
⽽下⼀时刻的噪声幅值⽐此时刻的还⼤,即信号的幅值在时间轴上按从⼩到⼤的顺序排列。除此之外,幅值从⼤到⼩,或幅值⼀⼤⼀⼩等都叫
刘靖尧
南京大报恩寺做“相关”,⽽⾮“随机”的。
解释完了“⽩噪声”,再来谈谈 “⾼斯分布”。⾼斯分布,⼜名正态分布( normal distribution)。概率密度函数曲线的形状⼜两个参数决定:平均值和⽅差。简单来说,平均值决定曲线对称中线,⽅差决定曲线的胖瘦,即贴近中线的程度。概率密度定义了信号出现的频率是如何随着其幅值变化的,即以信号幅值为横轴,以出现的频率为纵轴。因此,从概率密度⾓度来说,⾼斯⽩噪声的幅度分布服从⾼斯分布
描述了“⽩噪声”和“⾼斯噪声”两个含义,那么,回到⽂章开头的解释:⾼斯⽩噪声,幅度分布服从⾼斯分布,功率谱密度服从均匀分布。它的意义就很明确了,上半句是从空域(幅值)⾓度描述“⾼斯噪声”,⽽下半句是从频域⾓度描述“⽩噪声”。
下⾯以matlab程序演⽰,感性认识⼀下⾼斯⽩噪声。
程序1(⾼斯⽩噪声)
由上图可以看出,⾼斯⽩噪声的功率谱密度服从均匀分布。
若对噪声进⾏由⼩到⼤排序,则使其从随机噪声变为相关噪声,则功率谱密度就不再是均匀分布了。程序2(⾮⾼斯⽩噪声)
下⾯让我们从⾼斯⽩噪声的统计信息和幅值分布看⼀下它的特点。
程序3(⾼斯⽩噪声)
直⽅图的纵轴为频次,⽽概率密度的纵轴为频率,但是两者⼤致的分布曲线确是⼀样的,因此,这幅图解释了⾼斯⽩噪声的幅度分布服从⾼斯分布。
⽩噪声在整个频谱内每个频点的能量为常数,且基本恒定,不管对信号进⾏低通还是⾼通处理,均不能有效地滤除⽩噪声,因为它存在于整个频带范围内。有趣的是⼈类对⽩噪声的了解已经⾮常充分,并能熟练地从中提取很多有⽤的信息。⽩噪声甚⾄具有医疗功能,有些医学专家(主要是内科医⽣和⽛医)还成功地在试验中将⽩噪声应⽤于轻度⿇醉。准确地讲,⽩噪声是随机的,它不具有相关性,故也没有偏差,因此,⽩噪声可以叠加到信号和算法中,或始终存在于模/数转换器中,⽽不会造成长期误码。通过恰当的处理, ⽩噪声还可以⽤来创造声⾳,包括⼈的声⾳和⾃然界的声⾳,甚⾄还能合成其它噪声。在采⽤逆变换⽅法消除⽩噪声之前,可⽤FFT或⼩波滤波系统有效地提取⽩噪声并对结果设置门限值。⼀般来说,通过随机数字发⽣器可以⽣成⽩噪声,但实验表明要⽣成理想的⽩噪声很难,其它噪声的合成也与此类似。
福建交通厅长
⾊噪声
⼜是神马
⽩⾊包含了所有的颜⾊,因此⽩噪声的特点就是包含各种噪声。⽩噪声定义为在⽆限频率范围内功率密度为常数的信号,这就意味着还存在其它“颜⾊”的噪声,下⾯是常见的⾊噪声及其定义:
1.粉红噪声。在给定频率范围内(不包含直流成分),随着频率的增加,其功率密度每倍频程下降3dB(密度与频率成反⽐)。每倍频的功率相同,但要产⽣每倍频程3dB的衰减⾮常困难,因此,没有纹波的粉红噪声在现实中很难到。2.红噪声(海洋学概念)。这是有关海洋环境的⼀种噪声,由于它是有选择地吸收较⾼的频率,因此称之为红噪声。3.橙⾊噪声。该类噪声是准静态噪声,在整个连续频谱范围内,功率谱有限且零功率窄带信号数量也有限。这些零功率的窄带信号集中于任意相关⾳符系统的⾳符频率中⼼上。由于消除了所有的合⾳,这些剩余频谱就称为“橙⾊”⾳符。4.蓝噪声。在有限频率范围内,功率密度随频率的增加每倍频增长3dB(密度正⽐于频率)。对于⾼频信号来说,它属于良性噪声。
新知5.紫噪声。在有限频率范围内,功率密度随频率的增加每倍频增长6dB(密度正⽐于频率的平⽅值)。
6.灰⾊噪声。该噪声在给定频率范围内,类似于⼼理声学上的等响度曲线(如反向的A-加权曲线),因此在所有频率点的噪声电平相同。
7.棕⾊噪声。在不包含直流成分的有限频率范围内,功率密度随频率的增加每倍频下降6dB(密度与频率的平⽅成反⽐)。该噪声实际上是布朗运动产⽣的噪声,它也称为随机飘移噪声或醉⿁噪声。康涅狄格州百人误诊
8.⿊噪声(静⽌噪声)包括:
(1) 有源噪声控制系统在消除了⼀个现有噪声后的输出信号。
(2) 在20kHz以上的有限频率范围内,功率密度为常数的噪声,⼀定程度上它类似于超声波⽩噪声。这种⿊噪声就象“⿊光”⼀样,由于频率太⾼⽽使⼈们⽆法感知,但它对你和你周围的环境仍然有影响。
(3) 具有fβ谱,其中β>2。根据经验可知,该噪声的危害性很⼤。
在信号处理中,我们经常会提及狄拉克(Dirac)函数或单位脉冲,这种脉冲是指具有零宽度和⽆限⾼电平的信号。然⽽,具有⽆穷低电平和⽆穷⾼电平的脉冲是⽆法到的,但可根据不同要求,产⽣带宽可选和功率密度可选的信号,然后将这些信号叠加到试验对象上,这样我们就可以观察到哪部分信号被吸收,或者哪部分信号会产⽣谐振。
噪声⽆处不在,世界有它更精彩。

本文发布于:2024-09-20 14:56:14,感谢您对本站的认可!

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标签:噪声   频率   信号   分布   功率   幅值   功率密度
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