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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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

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 < + 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 +

 

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