Signaux aléatoires, stationnaires, ergodiques

Bonjour
J'ai besoin d'aide pour éclaircir un point sur le calcul d'autocovariance.

Afin de caractériser de manière statistique un processus aléatoire - discret, de longueur T - la théorie nous dit de réaliser N fois ce processus aléatoire afin de calculer les différents moments (moyenne, puissance, covariance,...) sur l'ensemble des réalisations et ceci à chaque instant ti. On a donc un vecteur aléatoire X, de longueur T, où chaque variable aléatoire X(ti) contient N réalisations.

Ainsi, si on cherche à comparer deux variables aléatoires, l’espérance est la suivante :
E[X(t1)X(t2)] = Rx(t2-t1) = autocorrelation (ou autocovariance si on centre les variables aléatoires).

Une meilleure définition de l'autocovariance est visible ici page 6 : https://perso.esiee.fr/~bercherj/New/polys/poly_alea.pdf

Ensuite, si les signaux sont stationnaires, alors chaque variable aléatoire est soumise à la même loi, et l'autocorrelation/autocovariance ne dépend plus du temps, mais seulement de l'écart Tau=t2-t1, et devient donc une intégrale simple --> voir page 7.

Viennent alors les points que je ne comprends pas très bien.
- Avant la stationnarité, l'autocovariance est définie par une double intégrale sur les deux variables X(t1) et X(t2). Si le processus aléatoire est stationnaire, l'autocovariance devient une intégrale simple sur X(t)X(t-tau).
Donc, si j'ai bien compris, les deux doivent forcément être équivalentes non ? Pourtant je n'obtiens pas les mêmes résultats lorsque je fais des essais sur des bruits blancs.
- À quel moment intervient l'ergodicité là-dedans ? Car même si je fais mes calculs avec des moyennes temporelles, je n'arrive toujours pas à obtenir le même résultat avec l'intégrale double et l'intégrale simple.

En d'autre mots, je pense plutôt bien comprendre la philosophie de tout ça, mais en quoi est-ce logique de faire une intégrale double si le signal est non stationnaire ?

Réponses

  • Bonjour,
    Même si je ne suis pas expert dans les processus stochastiques, je tente quand même une réponse ;-).

    Pour le premier point : les deux sont équivalentes mais en théorie. En pratique, si tu simules par exemple un bruit blanc, tu auras forcément choisi une longueur L et un nombre de réalisations N finies, donc tu auras une vue très partielle de ton processus et des mesures forcément empiriques, ce qui pourrait expliquer les éventuelles incohérences dans les résultats. Par ailleurs, il y a 2 types de stationnarité : la stationnarité du second ordre (où seulement l'espérance et l'autocovariance sont indépendantes du temps) et la stationnarité stricte (tous les moments du processus sont indépendants du temps).

    Pour le second point, l'ergodicité est aussi une notion purement théorique qui indique une bonne représentativité de tes trajectoires (Xi(t1), Xi(t2), ..., Xi(tN) pour une réalisation i fixée). Le processus est dit ergodique si toutes ses caractéristiques peuvent être déterminées à partir d'une seule trajectoire (en gros, tu peux étudier ton processus "verticalement" ou "horizontalement", cela ne change pas les propriétés statistiques). L'ergodicité est utile lorsque tu disposes d'une seule trajectoire car tu peux par exemple calculer l'autocorrélation sur cette trajectoire, et non plus sur 2 variables dont tu n'as pas accès. Mais l'ergodicité est juste une hypothèse, très forte et invérifiable en pratique.

    Cordialement
Connectez-vous ou Inscrivez-vous pour répondre.