噪声正弦波的概率分布

机器算法验证 分布 正态分布 噪音
2022-02-06 05:23:16

当存在一些测量误差时,我希望从振荡函数中分析计算采样点的概率分布。我已经计算了“无噪声”部分的概率分布(我将把它放在最后),但我不知道如何包括“噪声”。

数值估计

为了更清楚,假设有一些函数您在单个周期中随机选择点;如果你将这些点放在直方图中,你会得到与分布相关的东西。y(x)=sin(x)

无噪音

例如这里是和相应的直方图sin(x)

在此处输入图像描述

有噪音

现在,如果存在一些测量误差,那么它将改变直方图的形状(因此我认为是基础分布)。例如

在此处输入图像描述

解析计算

所以希望我已经说服你两者之间存在一些差异,现在我将写出我是如何计算“无噪音”情况的:

无噪音

y(x)=sin(x)

那么如果我们采样的时间是均匀分布的,那么的概率分布必须满足:y

P(y)dy=dx2π

然后因为

dxdy=ddy(arcsin(y))=11y2

所以

P(y)=12π1y2

通过适当的归一化拟合在“无噪声”情况下生成的直方图。

有噪音

所以我的问题是:如何在分布中分析包含噪声?我认为这类似于以一种巧妙的方式组合分布,或者在的定义中包含噪声,但我没有想法和方法来推进,所以任何提示/提示甚至推荐阅读都会很多赞赏。y(x)

2个回答

这取决于噪声过程的结构。

假设我已经正确理解了您的情况,如果噪声是相加的、独立的且同分布的,您只需将噪声密度与的密度进行卷积即可。Y

如果在一个周期内是随机均匀的为条件的无噪声过程是,它是退化的,均值为,方差为 0。Y 的边际分布这些退化分布的均匀混合; 看起来你已经正确地进行了分配;我们称其为密度XixYi|Xi=xisin(xi)Yg

例如,如果您的噪音是,也就是说,则是噪声与无噪声变量的均匀混合的总和的密度。ϵiN(0,σ2)f(ϵ)=12πσexp(ϵ22σ2)fg

fY+ϵ(z)=(fg)(z)=fY(y)fϵ(zy)dy=fY(zw)fϵ(w)dw

在此处输入图像描述

(这个卷积是用数字完成的;我不知道这个例子中的积分有多容易处理,因为我没有尝试过。)

我认为 P(x) 的派生表达式相差了两倍。均匀分布的采样时间等价于在区间 -pi,pi 上均匀分布相位。三角函数在 y 区间 {-1,1} 上分布概率。在此区间内积分 P(y) 必须 = 1,而不是使用上面的被积函数获得的 2。我认为 P(y) = 1/(pi Sqrt(1-y^2))