Оце́нка спектра́льной пло́тности, функция от наблюдённых значений $X(1),\dots,X(n)$ стационарного случайного процесса с дискретным временем, используемая в качестве оценки спектральной плотности $f(\lambda)$. В качестве оценки спектральной плотности часто используются квадратичные формы$$\sum_{s, t=1}^N b_{s, t}^{(N)} X(s) X(t),$$где $b_{s, t}^{(N)}$ – некоторые комплексные коэффициенты $($зависящие от $\lambda)$. Можно показать, что асимптотическое поведение при $N \rightarrow \infty$ первых двух моментов оценки спектральной плотности в целом не ухудшится, если рассмотреть лишь подкласс квадратичных форм таких, что $b_{s_1, t_1}^{(N)}=b_{s_2, t_2}^{(N)}$ при $s_1-t_1=s_2-t_2$; это позволяет ограничиться оценкой спектральной плотности вида$$\widehat{f}_N(\lambda)=\frac{1}{2 \pi} \sum_{t=-N+1}^{N-1} e^{i t \lambda}{b_N(t) B_N(t),}$$где$$B_N(t)=\frac{1}{N} \sum_{s=1}^{N-|t|} X(s) X(s+|t|)$$есть выборочная оценка ковариационной функции стационарного процесса $X(t)$. Оценку $\widehat{f}_N(\lambda)$ можно представить также в виде$$\widehat{f}_N(\lambda)=\int\limits_{-\pi}^\pi \Phi_N(x) I_N(x+\lambda) d x,$$где $I_N(x)$ – периодограмма, а $\Phi_N(x)$ – некоторая непрерывная чётная функция, определяемая своими коэффициентами Фурье$$b_N(t)=\int\limits_{-\pi}^\pi \Phi_N(x) e^{i t x} d x, \quad t=-N+1, \ldots, N-1 .$$Функцию $\Phi_N(x)$ называют спектральным окном; обычно рассматривают спектральные окна вида$$\Phi_N(x)=A_N \Phi\left(A_N x\right),$$где $\Phi(x)$ – некоторая непрерывная на $(-\infty, \infty)$ функция такая, что$$\int\limits_{-\infty}^{\infty} \Phi(x) d x=1 \text {, }$$а $A_{N \rightarrow \infty}$ при $N \rightarrow \infty$, но $A_N N^{-1} \rightarrow 0$. Аналогично рассматривают коэффициенты $b_N(t)$ вида$$b_N(t)=K\left(A_N^{-1} t\right)$$и функцию $K(x)$, называемую ковариационным окном. При достаточно слабых ограничениях на гладкость спектральной плотности $f(\lambda)$ или на условия перемешивания случайного процесса $X(t)$ для широкого класса спектральных или ковариационных окон оценка $\widehat{f}_N(\lambda)$ оказывается асимптотически несмещённой и состоятельной.

В случае многомерного случайного процесса для оценки элементов матрицы спектральных плотностей $f_{k, l}(\lambda)$ поступают аналогичным образом, используя соответствующие периодограммы $I_N^{(k,l)}(\lambda)$. Вместо оценки спектральной плотности в виде квадратичных форм от наблюдений часто также предполагают, что спектральная плотность имеет некоторую заданную форму, зависящую от конечного числа параметров, и затем разыскивают зависящие от наблюдений оценки параметров, содержащихся в выражении для спектральной плотности (см. Спектральная оценка максимальной энтропии, Параметрическая спектральная оценка).