Файл: Козин, И. В. Элементы теории оптимального обнаружения и приема сигналов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.10.2024
Просмотров: 80
Скачиваний: 0
Пусть меры Рг и Р принадлежат Р/т, причем для случай ной функции (г, v) мере Рг соответствует математическое ожидание т,('ц) = (а, v), а мере Р — математическое ожидание m{v) — {b, v). Так как корреляционный оператор К, соответ ствующий этим мерам, является положительным и ядерным,. то он имеет полную в Н систему ортонормированных собствен
ных элементов |
и систему положительных собственных |
|||
чисел |
Все элементы |
принадлежат И, |
поэтому |
|
|
|
(v„ vv) K = |
(KVv, v^) = X.,b, |
|
где 8v|l — символ. |
Кронекера. |
Следовательно, |
на основании |
формулы (3.1.5) функция совместного распределения вероятно
стей случайных величин (г, т^), ... , |
(z , vn) относительно меры |
||||
Рг определяется |
плотностью |
|
|
|
|
|
f |
, *п) |
|
|
|
|
|
% |
V |
[zv - (а. о,)]3 |
dx, |
|
|
2V |
ли |
к |
|
|
|
|
|
|
(3.3.1) |
а относительно |
меры Р — плотностью |
|
|
[*у-(6.*,)]2 dx.
(3.3.2)
Целью этого параграфа является доказательство трех лемм.
Л е м м а 3.3.1. Пусть |
фиксированная |
пара |
мер Рх и Р |
||
принадлежит семейству Р/т, { гД ^,— система |
собственных.г |
||||
элементов корреляционного |
оператора К, |
а {Х,}^ — систе |
|||
ма его собственных чисел. Если |
|
|
|||
|
|
(а - |
b, vrf |
|
(3.3.3) |
|
|
|
< со, |
|
|
|
v=1 |
|
К |
|
|
|
|
|
|
|
|
то последовательность квадратичных форм |
|
||||
V n (z ) |
т х |
[(*■ P v) - ( 6 , o , ) ] a |
(3.3.4) |
||
я |
UA |
|
|||
|
|
|
V = 1
сходится в среднем квадратическом и почти всюду на Н отно сительно каждой из мер Р\ и Р к W-измеримой (п. в. Ри Р) конечной функции V(z).
Д о к а з а т е л ь с т в о . Учитывая равенства (3.3.1), (3.3.2) и условие (3.3.3), при помощи несложных, но довольно гро моздких, выкладок можно показать, что
50
M dW s- К.)2] = |
f IVsM ~ |
Vn(Z)]2Л (rfz) < |
' c,. |
min (s, n) |
|||
|
H |
|
(3.3.5) |
M[ {I/, - Уя);2] = |
j [ Vs(z) - |
V„ (z)];2 P (dz) <■ min (s, n) ’ |
|
|
H |
|
(3.3.6) |
причем константы C\ и с не зависят от п и s. Из этих оценок вытекает сходимость последовательности Vn (z) в среднем квадратическом относительно мер Р\ и Р.
Для 0 < « < со и
Fk( z ) = (Z’- Щ)~ {Ь' щ) 1п '■it
определим множество
Е' = \гЬН-ЛШ
Имеем
Е ' = |
и |
П { г е Я : - ^ М 1- < 1 + а } |
J |
||||
Если р > 0 и |
и=1 |
к=п ' |
У In A |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
г |
” |
L r » . |
\Fk{z)\ |
^ 1 |
|___ |
Р _ |
|
|
|
е Я ‘ ^ йТа |
^ |
+ |
УТТа |
||
то найдется такое |
п,, что |
при £!>//. а > |
—J = - , а, следова- |
||||
|
|
|
|
|
|
ln А |
тельно,
и L 9C .E \
Пусть
|
L n t= п {2 е Я : - 1 ^ 4 1 < 1 |
О |
V |
|||||
|
_е_. I |
|||||||
Тогда |
ft=l I |
|
УInА |
|
У In A J |
|||
|
|
|
|
Ух^ (УПГй +?) + (*. tft) |
||||
|
адв?)=£/(*).|П |
|
||||||
|
|
|
j |
X |
||||
|
|
|
fc=l |
|
- T^(/Tnfc+(0 + (b, vk) |
|||
|
x ехР1_ Д Д Г ^ — (a>vk)Y]dzk dx = |
|||||||
|
/ |
mx |
__ |
|
|
_ |
|
|
UJ |
— |
[ / Ш Л + Р + ( b - a , v b) / y ' x j |
. |
|||||
|
||||||||
|
_ |
I |
A " ’ |
ft |
||||
|
|
|
( |
£ 1 ' |
||||
= J / W |
|
|
exp j- |
dzk <lx: |
||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
r [PlnA+P- |
т,/()/УД.] |
(3.3.7) |
|||
4* |
-У> |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
51 |
Поскольку справедливо неравенство (3.3.3), всегда |
можно вы |
||
брать |
р настолько больш им, чтобы р — sup|(fi — a, v ^jy rTk j> 0 . |
||
|
h>I |
множеств |
L,$ моно |
При этом условии последовательность |
|||
тонно |
убывает с ростом л, стремясь к |
L {з, и для |
любого л: |
последовательность подынтегральных функций в (3.3.7) мо
нотонно убывает |
с |
ростом п. |
Переходя |
в |
равенстве |
(3.3.7) |
к пределу по л, |
можем записать, что |
|
|
|
||
|
|
1 Г т |
|
|
_ |
|
си |
П |
У - / |
[/ы Т + р+ (Ь-а, |
vk) i n k ] |
|
|
P . ( i p ) = j / W ' |
_ |
1 |
ехр { пЧ dz, |
dx. |
||
схр ( |
|
|||||
|
ft=l |
V rm |
__ |
|
_ |
|
|
|
— (t^nrs+g—(b-a,vkW\k\ |
|
С ростом p члены произведения при любых х здесь монотон но возрастают, стремясь к единице, а последовательность подынтегральных функций от л: ограничена суммируемой функ цией. Следовательно, Нш (Z,p)= l и в силу того, что Ц с Е' при
(5-*- со
любом Р, |
|
л |
(£') = |
Нт Р, (Z.p) = 1. |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
(З-моо |
|
|
|
Так как все функции Fk[z) конечны и Н-измеримы, то |
|||||||||
функция lim |
у Ink |
также |
Н-измерима, благодаря |
чему |
|||||
|
|
ft-»-оо |
|
|
|
|
|
|
|
Н-измеримо и множество Е'. |
|
|
константа |
||||||
Начиная с |
некоторого значения к, найдется |
||||||||
сг < |
оэ такая, |
что для |
|
любого |
z £ E ' |
|
|
||
|
|
|
|
I |
(*) | < |
с2 /1 п к. |
|
(3.3.8) |
|
Выберем подпоследовательность чисел п1г л2, . . . |
так, |
что |
|||||||
бы ряд из чисел "з 1 |
- |
сходился. Тогда на основании неравен- |
|||||||
ства |
(3.3.5) |
/ пр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СО |
|
|
|||
I |
1/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
z£H-.\V„p^(z)- |
|
|
< |
00 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
и подпоследовательность УПр(г) сходится (п. в. Р,) к (п. в. Р,)
конечной функции V (z) (стр. 75 [21]). Поскольку функции Vnp(z) конечны всюду на И и Н-измеримы, V (z) также
Н-измерима. Множество полной меры, |
на котором имеет место |
|
сходимость подпоследовательности V,lp(z), имеется для |
всякой |
|
|
ш |
|
последовательности пр со сходящимся |
рядом 'V'' 3 1_ |
- . По- |
строим такое множество для специальной последовательности Пр— р 1, р = 1, 2, ... , (стр. 51 [28]) и обозначим его через Е". Р(Е") = 1. Для любого п найдем такое р, чтобы
52
Л р = Р4 < п < (р + I)4 = »р +1.
Тогда
I3-3-9)
к=1 Vй
Поскольку
Р _ Р*
плр+1 (Р +1)4 (‘+Я
первое слагаемое в равенстве (3.3.9) стремится к V'(z) на мно жестве Е". Второе слагаемое «а множестве Е' полной меры Рь где справедливо неравенство (3.3.8), имеет оценку сверху
JР V] Cfln/fe
-Л=лр-И
< - у С21п(/? + 1)
и, следовательно, с'гремится к нулю при и-*- оо. Итак, на Н- измеримом множестве —/г'ПД" Я^меры единица WmVn(z)—
|
|
|
|
Л-*- се |
|
= V (г), причем I/' (г) является Н-измеримой функцией. |
|
||||
Повторив теперь предыдущие рассуждения с учетом нера |
|||||
венства (3.3.6), убедимся, |
что |
последовательность Vn (z) |
на |
||
Н-измеримом |
множестве |
Е |
полной |
P -меры сходится |
к |
(п. в. Р) конечной Н-измеримой функции V"(z). |
на |
||||
Обозначив через У(г) |
функцию, совпадающую с V'(z) |
||||
£\ и с V"(z) |
на Е, получим, |
что V(z) |
Н-измерима и (п. |
в. |
Р 1, Р) конечна, а последовательность |
Vti(z) сходится к У(г) |
|||
(п. в. Ри Р). |
|
|
|
последовательность |
Л е м м а 3.3.2. В условиях леммы (3.3.1) |
||||
функций |
|
П |
|
|
|
|
|
|
|
Vln(z) |
т х |
[(г, у ф |
— (a, |
-щ )]2 |
п |
2 л |
** |
|
|
|
|
|||
|
|
/!=1 |
|
|
сходится в среднем квадратическом и (п. в. Р\, Р) К'\\-изме- римой (п. в. Р\, Р) конечной функции Vi(z).
Эта лемма доказывается точно так же, как и предыдущая.
Л е м м а 3.3.3. В условиях лемм 3.3.1 и 3.3.2
(п. в. Ри Р). |
V ( z ) = V 1(z) |
|
(3.3.10) |
Из равенств |
|
|
|
Д о к а з а т е л ь с т в о . |
|
|
|
„2 |
(а — Ь, уф"1 + |
|
(а — Ь, уф* |
м , |
п |
||
|
|
н |
53
M \ { V n- |
VlB)2] - 4 - ^ - ^ ] |
(a~ ^ - P*)8 + |
|
|
||||||||
|
|
|
, |
Г m x |
|
|
ft=l |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 u |
(a —ь. ^)21 |
|
|
||||||
|
|
|
^ |
L |
« |
|
** |
J |
|
|
||
|
|
|
|
|
ft=l |
|
|
|
|
|||
и неравенства |
(3.3.3) |
вытекает |
сходимость |
последовательно |
||||||||
стей Vn {z) и |
Vm(2) |
в среднем |
квадратическом относительно |
|||||||||
обеих мер к одному « тому же пределу. |
|
|
|
|
||||||||
§ 3.4. Сходимость последовательности линейных форм |
||||||||||||
Как и в предыдущем параграфе, будем |
считать, |
что пара |
||||||||||
мер Я, и Я принадлежит семейству Р/т и определяется |
плот |
|||||||||||
ностями вероятностей |
(3.3.1) и (3.3.2). |
Для таких мер справе |
||||||||||
длива |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
Я при |
Л е м м а 3.4.1. Пусть фиксированная papa мер Я, |
||||||||||||
надлежит семейству Р/т, |
|
|
— система собственных эле |
|||||||||
ментов корреляционного оператора К, и |
{ХД“и1— система |
|||||||||||
его собственных кисел. |
Если |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
(а. Щ)2 |
|
|
|
00 |
{Ь, |
щ)2 < о о , |
|
|
|||
v=l |
< тс, |
2 |
|
(3.4.1) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
V=1 |
|
|
|
|
|
||
то последовательность |
линейных форм |
|
|
|
||||||||
Wa{z) |
у ^ [(г. «0~(Д. «у)] (a |
*.) |
|
(3.4.2) |
||||||||
v=l |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Я,, Я) к Н-изме |
||||
сходится в среднем квадратическом и (п. в. |
||||||||||||
римой, (п. в. Ри Я) |
конечной функции W(z). |
|
|
|||||||||
Для доказательства леммы потребуются неравенства |
|
|||||||||||
Я, {zf^H: sup |
V ( г, Vk) |
— |
(a. Vk) \ а |
> 4 < |
|
|||||||
|
V « B |
2 |
и |
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
л - |
1 |
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 V- |
( а — b, |
v k )2 |
|
|
(3.4.3) |
||||
|
|
|
|
Xft |
> |
|
|
|||||
|
|
|
>е* |
^ |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
V |
|
|
—(b, Vk) |
|
|
|
|
||
P \ z £ H : sup |
V (г, |
v k ) |
|
> e |
< |
|
||||||
|
v < / l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
< |
2e2 У (a — hb. Vk)2 |
|
|
(3.4.4) |
|||||||
|
|
|
|
ft=l |
|
|
|
|
|
|
|
В случае, когда функции (z, vk), интерпретируемые как слу чайные величины, независимы, эти неравенства являются част ными случаями неравенства Колмогорова. Хотя эти величины
54