Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
СП.docx
Скачиваний:
12
Добавлен:
10.11.2019
Размер:
166.73 Кб
Скачать

Поток событий.

Потоком событий называется последовательность событий, происходящих в случае моментов времени.

τ1

τ2

τn

t1

0

t2

tn-1

tn

tn+1

τn ; τn = tn - tn-1

Большинство потоков событий обладают свойствами:

  • Ординарности

  • Стационарности

  • Отсутствия последействия

События однородные , если они появляются по одиночке.

Поток стационарный.

Поток называется стационарным, если его вероятностные характеристики не зависят от времени.

t1

0

t2

tn+1

τ1

τ2

P(tn-1= tn)=0

F(tn / t1, t2, …, tn-1)=F(tn)

Поток, обладающий свойствами стационарности, ординарности, отсутствия последействия, называется простейшим потоком.

Рассмотрим простейший поток с дискретным временем.

t=It

1

0

2

i

t

t

P

P

P

P

P

Простейший поток удовлетворяет всем условиям применения формулы Бернулли (испытания независимы, вероятности одинаковы, количество испытаний определено).

PI(i)=CIi ∙pi ∙ (1-p)I-i

M[X]=a= t

Рассмотрим простой поток с непрерывным временем. Для этого I , при этом:

t= =0

p= =0

Обозначим =2 .

С

ai

учетом принятых обозначений формула Пуассона примет вид:

P

i!

(i)= ∙e-u

M[X]= ∙t=2∙t=a

Т

2ti

аким образом, в простом потоке количество событий за время t подчиняется распределению Пуассона.

P

i!

(i)= ∙e-2t

Определим вероятность P(0) за время t, в течение которого не появляется ни одного события:

P(0)=e-2t =P(T ), где Т – непрерывная случайная величина, характеризующаяся временем между последними событиями.

С учетом полученного можно записать:

F(t)=P{T<t}=1-P(T )=1-e-2t - функция распределения

f(t)=F’(t)= 2e-2t - экспоненциальное распределение

M[T]= λ=

M[X]=λt

λ характеризует интенсивность потока (чем больше λ, тем больше количество событий происходящих в единицу времени).

При достаточно малом значении t:

P(0) 1- λt

P(1)=1- P(0) λt

Элементы теории массового обслуживания.

СМО

N, M, K

N

Поток заявок

λ

λ - интенсивность потока заявок

1

λ

-среднее время между заявками

N – количество обслуживающих каналов

µ - интенсивность обслуживания заявок

К – наибольшая длина очереди

1

µ

-среднее время обслуживания заявок

Состояние СМО обозначим Sn .

В системе занято n каналов.

С n= , P(Sn)=Pn – вероятность каждого состояния.

В системе занято n каналов и SN+K – находим в очереди обслуживания (K= , P(SN+K) = PN+K(t))

Изобразим график смены состояния СМО:

S0

S1

S2

Sn-1

Sn

Sn+1

SN-1

SN

SN+1

SN+(K-1)

SN+K

SN∙K

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

λ

µ

2µ

3µ

(n-1)µ

nµ

(n+1)µ

(n+2)µ

(N-1)µ

Nµ

Nµ

Nµ

Nµ

Nµ

Pn(t), n=

PN+K(t), k=

Система будет находиться в состоянии покоя, если система находится в состоянии S0 в момент времени t и за время t ничего не произошло.

Таким образом, можно записать:

P(t+t) P0(t)∙(1-λt)+P1(t)∙µt

[P(t+t)- P0(t)] / t P0(t)∙λ+ P1(t)∙µ

d P0(t) / dt = - P0(t)∙λ+ P1(t)∙µ

P1= P0

Определим вероятность P2 :

P1(t+t) P0(t)∙ λt+P1(t)∙(1-λt)(1-µt)+ P1λµt

P1(t+t)- P1(t)

t

P0(t)∙ λ- P0(t)∙ (λ+µ) + P1(t)∙ λµt+ P2(t)∙λµ

dP1(t)

dt

= P0(t)∙ λ- P0(t)∙ λ+ P2(t)∙λµ

0= P0λ- P0 (λ+µ)+ P2λµ

P2= P0 ( )2

P3= P0 ( )3

Pn= P0 ( )n n=

Pn(t+t) Pn-1(t)∙ λ∙t+Pn(t)∙(1-λt)(1-µt)(1-nµt)+Pn+1(t)∙(n+1)∙µt

Pn(t+t)- Pn(t)

t

Pn-1(t)∙ λ- Pn(t)∙ (λ+n∙µ) + Pn(t)∙ λµ∙n∙△t+ Pn+1(t)∙(n+1)µ

dPn(t)

dt

= Pn-1(t)∙ λ- Pn(t)∙ (λ+n∙µ )+Pn+1(t)∙(n+1)µ

0= Pn-1∙ λ- Pn(λ+n∙µ)+ Pn+1(t)∙(n+1)µ

0=P0 ∙( )n-1 - P0 ∙( )n ∙( λ+n∙µ)+ Pn+1(t)∙(n+1)µ

Pn+1= P0 ∙( )n+1

Определим вероятность PN+1 :

PN(t+t) PN-1(t)∙ λt+PN(t)∙(1-λt)(1-Nµt)+ PN+1(t)∙Nµt

PN(t+t)- PN(t)

t

PN-1(t)∙ λ- PN(t)∙ (λ+Nµ) + PN(t)∙ λNµt+ PN+1(t)∙Nµ

dPN(t)

dt

= PN-1(t)∙ λ- PN(t)∙ (λ+Nµ) + PN+1(t)∙Nµ

0=P0 ∙( )N-1λ - P0 ∙( )N ∙( λ+N∙µ)+ PN+1(t)∙Nµ

PN+1= P0 ∙( )N+1 , n=

А

1

налогичным образом может быть получена вероятность PN+k :

P

N∙N!k

N+k= P0 ∙( )N+k , k=

Вероятность P0 находится из условия:

1

n + N+k =1

P

N∙N!k

0[ ( )n + N]=1

Зная вероятности всех состояний, можно найти различные характеристики выходного потока.

Nср= nn

Kср= N+kk

Задача оптимального обнаружения сигнала.

  1. Известен сигнал, но не известно время.

  2. Время известно, но не известен сигнал.

Рассмотрим случайный процесс – принимаемое колебание

R(t)=

S(t) – сигнал

- параметр обнаружения ( если =1, то сигнал присутствует, если =0, то отсутствует)

X(t) – шум

Сигнал наблюдается за время Т: t =[t0; t0+T]

По принятию реализации r(t) случайного процесса R(t) на отрезке Т требуется наилучшим образом выработать решение о наличии или отсутствии сигнала в реализации r(t).

Будем полагать, что X(t)- белый Гауссовский шум с параметрами:

M

N0

[X(t)]=0

K

2

X(t, t’)= δ( t -t’) – дельта функция

AЦП

△t

R(t)

(R1, R2, …, Ri, …, RI)

r(t)

(r1, r2, …, ri, …, rI)

I

X(t)

=

t

ri

rit= (t)dt

ri = (t)dt = dt = (t)dt +

dt= i + xi , где

Si= (t)dt , xi= (t)dt

Получим характеристики случайной величины xi :

xi= (t)dt

M[xi]=M[ (t)dt]=0

D[xi]=D[ (t)dt]=

N0

M[ (t)dt ∙ (‘t)dt’]= δ( t -t’)dt dt’=

=

2∙△t

Д

P(Bn)∙ P(A / Bn)

ля принятия решения о наличии или отсутствии сигнала:

P

P(A)

(Bn / A)=

P( )∙ P( / )

P

P( )

( / )=

P( )∙ P( / )

P

P( )

( / )=

P( =1/ )

*=1

*=0

1

P

P( =0/ )

( )=

P( =1)∙P( / 1)

P

P( =0)∙P( / )

( )= =

_________________________________________________________

Отступление:

P( =1)+ P( =0)=1

В случае неопределенности о наличии или отсутствии сигнала полагают:

P( =1)= P( =0)=

__________________________________________________

P( =1)

1

=

P( =0)

P( - 1)= P( 1 =1)∙ P( 2 =1)∙…∙ P( i =1)∙…∙ P( I =1)=

( i =1)

P( = 1)= ( i =1)=L( = 1)

Каждая величина в этой формуле распределена по нормальному закону (или по закону Гаусса «Белый шум»). Т.к. каждая из случайных величин i , i=

представляет нормальное распределение, то функция правдоподобия:

L( = 1) ( i -1)

1

2

f

σ

(x-a)2

(x)=
e -

i=i + xi

M

N0

2t

N0

2t

[
i]=i D[ i] = σ [ i] =

I

1

- (ri-Si)2

L

N0

2t

e

2N0 /2t

(
= 1)=Пi=1

N0

2t

i=xi M[ i]= 0 D[ i] =

σ

N0

2t

[ i] =

e

1

- ri2

I

L

N0

2t

2N0 /2t

(
= 1)=Пi=1

1

- (ri-i)2

N0

e

- ri2

I

l

N0

2t

e

2N0 /2t

2t

2N0 /2t

e

(
= 1)=Пi=1

I

e

2N0 /2t

- (ri-i)2

- ri2

+

Пi=1

I

e

1

(2rii-i2)

=

2N0 /2t

N0 /t

=

Пi=1 =

= e

N0 /t

1

2rii-i2)

Вводим логарифм:

1

2rii-i2)

*

*=0

1

l

N0 /t

( )= ln l( )=

Т

*

*=0

аким образом, можно записать:

2rii-i2)

1

ii

i2 =h ; (*)

В соответствии с уравнением (*) может быть представлена схема оптимального обнаружителя:

x

ГОС

ПУ

1

2

3

4

ri

(r1, r2, …, ri, …, rI)

rii

ii

*={

1, ∑>hi

0, ∑<hi

i

Временные диаграммы:

t

(t)

1

t

1

-

-1

t

1

t

1

2

t

3

*=0

4

3

t

3

*=1

t

1

3

2

1

2

3

t

3

t

3

3

2

3

t

4

4

2

Фактическое состояние

=0

=1

Ошибка 2-го ( ) рода

Ошибка 1-го ( ) рода

*=1

*=0

Принимаемое решение

Принятое решение о наличии ошибки осуществляется в зависимости от возможного значения следующей случайной величины.

ii

h=

i2

Z=

  1. =0

ii

ii

N0

i2

Z

2t

= M[Z]=0 D[Z]=[ ]=

f

N0

2t

1

i2

e

- z2

2N0 /2t

i2

0(Z)=

  1. =1

i i+xi)i

i2

N0

2t

i2

Z = M[Z]= D[Z]=

- (z-

i2

)2

f

N0

2t

1

i2

e

2N0 /2t

i2

1(Z)=

KX(τ)

f0(Z)

f1(Z)

2h

h

Вычислим ошибки 1-го и 2-го рода:

- (Z-2h)2

1

N0 /t2h

N0

t

π∙2h

=

= 1(Z)dz=

Z-2h

N0

t

h

=

N0

t

h

N0

h

t

0,5+ Ф
[ ]=0,5 – Ф[ ]=0,5-Ф[ ]=

=

q

E

0,5 - Ф
[ ]

i2

E=t

N0

q

2

=

- Z2

1

N0 /t2h

N0

t

π∙2h

=

= 0(Z)dz=

- Z2

N0 /t2h

N0

t

π∙2h

1

=

0,5- Ф[

ht

N0

N0

]=

=1-

=

q

E

0,5 –
Ф [ ]

ξ

q

E

=0,5 –
Ф [ ]

ξ

0,5

E/q