K=30
K=25
K=20
K=15
K=5
-۰.۳۷۴۸۷
۰.۰۰۰۰۰
۰.۰۴۵۵۵
۰.۰۰۰۰۰
۰.۰۰۰۰۰
۱.۰۰۳۳۱
۱.۵۷۱۴۰
۰.۹۴۱۱۹
۰.۹۴۱۱۹
۱.۰۰۳۳۱
۰.۹۹۶۴۳
۰.۷۲۵۸۰
۱.۰۶۱۶۶
۱.۰۶۱۶۶
۰.۹۹۶۴۳
جدول ۴-۲: و با فرکانسهای نوع دو و سه
۴-۳ طیف مرکب
برای بررسی سریهای زمانی با طیف مرکب، سری زمانی ، ، را مورد بررسی قرار میدهیم که در آن نوفه سفید است. برای بررسی قله طیف، که در بخش ۲-۳ مورد بحث قرار گرفته است، شکل ۴-۵ را در نظر بگیرید. در شکل ۴-۵، و به عنوان توابعی از
(با ) و تحت این فرض که نوفه سفید دارای توزیع گاوسین با واریانس یک باشند رسم شده است. همچنین، در این شکل ، و در نظر گرفته شده است. در این مثال، فرکانسهای نوعII مربوط به ، فرکانس های نوع III مربوط به و سایر فرکانسهای باقی مانده فرکانسهای نوع I هستند. جدول ۴-۲ شامل مقادیر عددی اولین عضو و عضوهای روی قطر در فرکانس نوع II و III است. همانطور که در شکل
۴-۵ دیده می شود، برای تمام فرکانسهای نوع I، و است. با توجه به جدول ۴-۲ میتوان مشاهده کرد که، در فرکانسهای نوع II و III، با متناسب نیست و برای همه فرکانسهای نوع III، است.
برای سنجش اعتبار توزیعهای مجانبی (تحلیلی) ارائه شده در روابط (۲-۸) تا (۲-۱۱) توزیع دورهنگار لاپلاسی را در فرکانسهای مختلف و تحت مدلهای مختلف برای نوفه شبیهسازی میکنیم. شکل ۴-۶ برخی از نتایج را برای نوفههای گاوسین با واریانس یک و بر اساس ۱۰۰۰ بار شبیهسازی مونت کارلو نشان میدهد. همانطور که دیده می شود، توزیع مجانبی ارائه شده در روابط (۲-۸) و (۲-۱۱)، حتی برای اندازه نمونه ، بسیار خوب عمل می کنند. این در حالی است که توزیعهای مجانبی ارائه شده در روابط
(۲-۹) و (۲-۱۰) در بعضی مواقع، به ویژه زمانی که حجم بزرگ (یعنی ) و یا تفاوت بین و بزرگ باشد (یعنی )، به خوبی عمل نمیکند.
شکل ۴-۵: نمودار و در رابطه (۲-۷) با برای سریهایی از طیف مرکب ().
در این مدل، دورهنگار لاپلاسی با دورهنگار عادی مقایسه شده است. شکل (a)4-6 میانگین شبیهسازی شده و صدکهای ۱۰ , ۹۰ را برای دورهنگار لاپلاسی بر اساس ۱۰۰۰ بار اجرای شبیهسازی مونت کارلو نشان میدهد. شکل (b)4-6 نشاندهنده نتایج برای دورهنگار عادی است. همانطور که دیده می شود، هر دو دورهنگارها شامل یک قله قوی در سیگنال فرکانس () و یک سطح ثابت برای نوفه است. به دلیل وجود قله در تابع طیف، دورهنگار لاپلاسی نیز دارای یک قله کوچک اما قابل مشاهده به است.
اگر چه قله طیف، دورهنگار لاپلاسی را در نقطه ضعیف قرار میدهد، مزیت دورهنگار لاپلاسی زمانی مشخص می شود که شکل ©4-6 و (d)4-6، را که در آن نوفه دارای توزیع کوشی با پارامتر مقیاس یک است، را با هم مقایسه کنیم. در این حالت، دورهنگار لاپلاسی مشخصههای حالت گوسین را حفظ می کند اما دورهنگار عادی بسیار بد عمل خواهد کرد. در این حالت، میانگین شبیهسازی شده و صدک ۹۰ مقادیر نسبتا بزرگی را در همه فرکانسها اختیار می کنند و نمی توان در مورد مکان فرکانس سینوسی اظهار نظر کرد. از این آزمایش، نتیجه میگیریم که مزایت استواری دورهنگار لاپلاسی می تواند مفید بودن این دورهنگار را در تحلیل سری زمانی با طیف مرکب توجیه کند، با این شرط که امکان وجود قله در طیف به خوبی درک شده باشد.
شکل۴-۶ : (a) و (c) دورهنگار لاپلاسی برای سریهای زمانی از طیف مرکب است. (b) و (d) دورهنگار عادی برای داده مشابه است. توجه کنید که -، میانگین؛ - - -، صدکهای ۱۰ و ۹۰؛ -.-.-در (d)، میانه است. نوفه، گاوسین در (a)(b) و کشی در (c)(d) است.
۴-۴ برآورد فرکانس
در انتها، مساله کلاسیک برآورد فرکانس سیگنال سینوسی در مشاهدات
، ، که در آن A و B و ثابتهای شناخته شده و یک فرایند تصادفی با میانگین صفر است، را بررسی میکنیم. به طور کلاسیک، فرکانس به وسیله ماکزیمم کردن دورهنگار عادی تخمین زده می شود [Quinn و Hannan (۲۰۰۱)]. اما در حالتهایی که در آن نوفه دارای توزیع دم سنگین است، دورهنگار لاپلاسی جایگزین مناسبی برای روشهای قدیمی فراهم می کند.