统计信号处理基础 - 估计与检测理论 估计部分习题3.7公式推导
統(tǒng)計信號處理基礎(chǔ) - 估計與檢測理論 估計部分習(xí)題3.7公式推導(dǎo)
- 題目
- 證明
- 結(jié)論
- 得證
 
題目
相信學(xué)習(xí)信號檢測與估計的童鞋們肯定看到過Steven M.Kay大牛的書,非常厚的一本,不得不說,人家的書就是寫得好,淺顯易懂(當(dāng)然是要從頭把基礎(chǔ)的東西都掌握了),在估計部分第三章中例題3.4中遇到了下面這個公式,在習(xí)題3.7中要求證明,首先看題目
 1N∑n=0N?1cos?(4πf0n+2?)≈0\frac{1}{N}\sum\limits_{n = 0}^{N - 1} {\cos (4\pi {f_0}n + 2\phi ) \approx 0}N1?n=0∑N?1?cos(4πf0?n+2?)≈0
 要使上式成立,f0{f_0}f0?必須滿足以下條件f0≠0,f0≠1/2{f_0} \ne 0,\quad {f_0} \ne 1/2f0??=0,f0??=1/2
證明
令α=4πf0,β=2?\alpha = 4\pi {f_0},\quad \beta = 2\phiα=4πf0?,β=2?
 則1N∑n=0N?1cos?(αn+β)=1NRe(∑nej(αn+β))=1NRe(ejβ?1?ejαN1?ejα)=1NRe(ejβ?ejαN/2ejα/2?e?jαN/2?ejαN/2e?jα/2?ejα/2)=1NRe(ejβ?ejαN/2ejα/2?e?jαN/2?ejαN/2e?jα/2?ejα/2)=1NRe(ejβ?ejαN?12?sin?(αN/2)sin?(α/2))=sin?(αN/2)Nsin?(α/2)?cos?(αN?12+β)\begin{array}{l} \frac{1}{N}\sum\limits_{n = 0}^{N - 1} {\cos (\alpha n + \beta )} = \frac{1}{N}{\mathop{\rm Re}\nolimits} \left( {\sum\limits_n {{e^{j(\alpha n + \beta )}}} } \right)\\ = \frac{1}{N}{\mathop{\rm Re}\nolimits} \left( {{e^{j\beta }} \cdot \frac{{1 - {e^{j\alpha N}}}}{{1 - {e^{j\alpha }}}}} \right)\\ = \frac{1}{N}{\mathop{\rm Re}\nolimits} \left( {{e^{j\beta }} \cdot \frac{{{e^{j\alpha N/2}}}}{{{e^{j\alpha /2}}}} \cdot \frac{{{e^{ - j\alpha N/2}} - {e^{j\alpha N/2}}}}{{{e^{ - j\alpha /2}} - {e^{j\alpha /2}}}}} \right)\\ = \frac{1}{N}{\mathop{\rm Re}\nolimits} \left( {{e^{j\beta }} \cdot \frac{{{e^{j\alpha N/2}}}}{{{e^{j\alpha /2}}}} \cdot \frac{{{e^{ - j\alpha N/2}} - {e^{j\alpha N/2}}}}{{{e^{ - j\alpha /2}} - {e^{j\alpha /2}}}}} \right)\\ = \frac{1}{N}{\mathop{\rm Re}\nolimits} \left( {{e^{j\beta }} \cdot {e^{j\alpha \frac{{N - 1}}{2}}} \cdot \frac{{\sin (\alpha N/2)}}{{\sin (\alpha /2)}}} \right)\\ = \frac{{\sin (\alpha N/2)}}{{N\sin (\alpha /2)}} \cdot \cos \left( {\alpha \frac{{N - 1}}{2} + \beta } \right) \end{array}N1?n=0∑N?1?cos(αn+β)=N1?Re(n∑?ej(αn+β))=N1?Re(ejβ?1?ejα1?ejαN?)=N1?Re(ejβ?ejα/2ejαN/2??e?jα/2?ejα/2e?jαN/2?ejαN/2?)=N1?Re(ejβ?ejα/2ejαN/2??e?jα/2?ejα/2e?jαN/2?ejαN/2?)=N1?Re(ejβ?ejα2N?1??sin(α/2)sin(αN/2)?)=Nsin(α/2)sin(αN/2)??cos(α2N?1?+β)?
 
結(jié)論
當(dāng)α≠0,α≠2π時,即f0≠0,f0≠1/2時,原式約為0。\alpha \ne 0,\;\alpha \ne 2\pi時,即 {f_0} \ne 0,\quad {f_0} \ne 1/2時,原式約為0。α?=0,α?=2π時,即f0??=0,f0??=1/2時,原式約為0。
得證
總結(jié)
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