Кіріспе

Тұрақты процестердің автокорреляцияларының спектрлік ыдырау теоремасы. Қолданбалы математикада Винер-Хинчин теоремасы немесе Винер-Хинтчин теоремасы, сондай-ақ Винер-Хинчин-Эйнштейн теоремасы немесе Хинчин-Колмогоров теоремасы деп аталады, кең мағынадағы стационарлық кездейсоқ процестің автокорреляциялық функциясы осы процестің қуат спектрлік тығыздығы арқылы берілетін спектрлік ыдырауға ие.

Тарих

Норберт Винер бұл теореманы 1930 жылы детерминистік функциялар үшін дәлелдеді; Александр Хинчин кейіннен стационарлық кездейсоқ процестер үшін осыған ұқсас нәтижені формулирледі және 1934 жылы оның ықтималдық аналогын жариялады. Альберт Эйнштейн 1914 жылы екі беттік қысқаша хабарламасында бұл идеяны дәлелсіз түсіндірді.

Қолдану

Теорема сызықтық уақыт инвариантты жүйелерді (LTI жүйелері) талдау үшін пайдалы, егер кіріс және шығыс сигналдары квадраттық интегралға ие болмаса, демек, олардың Фурье түрлендіргіштері жоқ болса. Салдары ретінде, LTI жүйесінің шығысының автокорреляциялық функциясының Фурье түрлендіргіші, жүйе кірісінің автокорреляциялық функциясының Фурье түрлендіргішіне жүйенің импульстік жауабының Фурье түрлендіргішінің квадратына көбейтілгеніне тең. Бұл тіпті кіріс және шығыс сигналдарының Фурье түрлендіргіштері болмаған жағдайда да қолданылады, себебі бұл сигналдар квадраттық интегралға ие емес, сондықтан жүйе кірісі мен шығысы импульстік жауаптың Фурье түрлендіргіші арқылы тікелей байланыстырыла алмайды. Сигналдың автокорреляциялық функциясының Фурье түрлендіргіші сигналдың қуат спектрі болғандықтан, бұл салдар шығыстың қуат спектрі кірістің қуат спектріне энергия беру функциясымен көбейтілгенге тең деумен бірдей. Бұл параметрлік әдіс қуат спектрін бағалау үшін қолданылады.

Терминологиядағы айырмашылықтар

Көптеген оқулықтарда және техникалық әдебиеттің көп бөлігінде автокорреляция функциясының Фурье инверсиясы мен қуат спектрлік тығыздығы жарамды деп жасырын түрде қабылданады, ал Винер-Хинчин теоремасы өте қарапайым түрде, автокорреляция функциясының Фурье трансформациясы қуат спектрлік тығыздығына тең дегендей, конвергенция мәселелерін ескермейтіндей (Эйнштейннің еңбегіне ұқсас) айтылады. Бірақ теорема (осында айтылғандай) Норберт Винер мен Александр Хинчин кең мағынадағы стационарлы кездейсоқ процестердің үлгілік функцияларына (сигналдарға) қолданды, олардың Фурье трансформациялары жоқ. Винердің үлесі – Фурье түрлендіруі мен Фурье инверсиясы интегралдары мағынасыз болған жағдайда да, кең мағынадағы стационарлық кездейсоқ процестің үлгілік функциясының автокорреляциялық функциясының спектрлік жіктелуін түсіндіру болды. Мәселені одан әрі күрделілендіретіні – дискретті Фурье түрлендіруі сандық, шекті ұзындығы бар тізбектер үшін әрқашан бар, яғни теореманы сандық тізбектердің автокорреляцияларын есептеу үшін түсініксіз қолдануға болады. Бұрын айтқандай, осы дискретті үлгіленген деректердің математикалық модельмен байланысы көбінесе жаңылыстырады, ал тізбектің ұзындығы өзгерген кезде осыған байланысты қателер айырмашылық түрінде көрінеді. Кейбір авторлар оны автоковарианстық функция деп атайды. Содан кейін оны , , арқылы бөлгенде автокорреляция функциясы деп аталатын функцияны алады.