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ARMA 模型

ARMA模型(auto regressive moving average model)自回归滑动平均模型,模型参量法高分辨率谱分析方法之一。这种方法是研究平稳随机过程有理谱的典型方法,适用于很大一类实际问题。它比AR模型法与MA模型法有较精确的谱估计及较优良的谱分辨率性能,但其参数估算比较繁琐。
图1 图1
设一个离散线性系统,输入u(n)是一个具有零均值与方差为σ的白噪声序列,输出是x(n),该离散线性系统输出和输入之间的关系可用如下图1的差分方程来表示。
其系统函数如图2。
图2 图2
式中X(Z)为输出信号的Z变换,U(Z)为输入信号的Z变换,以①式表达的信号模型称为ARMA模型或称为自回归滑动平均模型。一旦确定了ARMA(P,M)模型的参数,就可得到其功率谱估计。
ARMA模型参数估计的方法很多:
如果模型的输入序列{u(n)}与输出序列{a(n)}均能被测量时,则可以用最小二乘法估计其模型参数,这种估计是线性估计,模型参数能以足够的精度估计出来;
许多谱估计中,仅能得到模型的输出序列{x(n)},这时,参数估计是非线性的,难以求得ARMA模型参数的准确估值。从理论上推出了一些ARMA模型参数的最佳估计方法,但它们存在计算量大和不能保证收敛的缺点。因此工程上提出次最佳方法,即分别估计AR和MA参数,而不像最佳参数估计中那样同时估计AR和MA参数,从而使计算量大大减少。

MA模型

MA模型(moving average model)滑动平均模型,模型参量法谱分析方法之一,也是现代谱估中常用的模型。
设一个离散线性系统,输入u(n)是一个具有零均值与方差为σ的白噪声序列,输出是x(n),该离散线性系统的输出和输入之间的关系可用如下图3的差分方程来表示。
图3 图3
其系统函数为图4。
式中X(Z)为输出信号x(n)的Z变换,U(Z)为输入信号u(n)的Z变换,b r(r=0,…M)是系数。式①表达的信号模型称为MA模型,又称移动平均模型。按公式的物理意义可以解释为模型表示现在的输出是现在和过去M个输入的加权和。按②式,MA模型是一个全零点模型。
用MA模型法求信号谱估计的具体作法是:①选择MA模型,在输入是冲激函数或白噪声情况下,使其输出等于所研究的信号,至少应是对该信号一个好的近似。②利用已知的自相关函数或数据求MA模型的参数。③利用求出的模型参数估计该信号的功率谱。
图4 图4
在ARMA参数谱估计中,大多数估计ARMA参数的两步方法都首先估计AR参数,然后在这些AR参数基础上,再估计MA参数,然后可求出ARMA参数的谱估计。所以MA模型参数估计常作为ARMA参数谱估计的过程来计算。

应用

可以用于处理分离正弦信号频率,多应用于机械零件比如齿轮、轴承故障诊断和分析。
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- 来自原声例句
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