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为处理信号处理过程中经常遇到非平稳随机信号,可以将其划分为分段平稳随机信号,而自相关函数则可以用来反映分段平稳信号的本质特征。分析了分段平稳随机过程自相关函数的计算,针对传统的函数逼近模型计算量较大、误差较高等缺点,提出一种新的自相关函数的逼近模型,给出分段平稳随机信号的自相关函数的近似表达式,并利用牛顿迭代法进行优化计算。仿真实验证明模型计算速度快,具有较好的逼近效果,误差也明显降低,而且变化相对平缓。将其应用到数字图像信号进行模糊图像恢复,得到了很好的恢复效果。