均方值(mean-square value)又称X(t)的二阶
原点矩,是随机变量X(t)的平方的均值,记为E[X2(t)] ,在工程上表示信号的平均功率,其
平方根称
有效值。
基本介绍
数学期望
以实验中观查实验结果值的算术平均为例,解释数学期望的物理含义:
设共作了N次独立实验,实验结果值为x,x可能有m种值,即,在N次实验中各x值得到的次数分别为,则有次,故可求出x的算术平均值为:
根据
大数定理,当时,趋于稳定,即趋向某一概率值,故上述可写成:
因为不可能达到的,因此P(x)的确切值是得不到的,E(x)只是一种期望值(ExpectedValue),故称为数学期望。实际上它可看成x的均值。(值出现的概率)。
均方值和方差
在概率统计中,对于
离散型随机变量其均方值和方差如下(表示的均值):
均方值
方 差:
偏 差:
所以方差也称为偏差的均方值。
对于随时间连续变化的一个变量x(也可看时),其数学期望可写成:
它实际上就是的平均值。
均方值:
方差为:
其中称为偏差,为t时刻x变量的取值,为的平均值。
随机信号的特性
随机过程的各个样本记录都不一样,因此不能象确定性信号那样用明确的数学关系式来表达。但是,这些样本记录却有共同的统计特性,因此,随机信号可以用概率统计特性来描述。常用的有以下几个主要的统计函数:
(1) 均方值、均值和方差;
(5) 联合统计特性。
均方值、均值和方差
随机信号的强度,可以用其均方值来描述。对于平稳的遍历性随机过程,随机信号的均方值用样本函数平方值的时间平均来表示,即
称为均方值,均方值的正平方根称为均方根值,表示为。
工程上常把数据信号看成是不随时间而变化的静态分量(即直流分量) 和随时间而变化的动态分量二部分之和。静态分量可用均值来表示,均值用公式表示
随机信号的动态分量部分可以用方差来表述。方差是偏离均值的平方的均值,它反映了过程离开均值的波动情况。用公式表示
方差的正平方根为标准偏差,这在误差分析中是十分重要的参数。展开上式可知方差等于均方值减去均值的平方,即
当均值等于0时,则。