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Cross-covariance

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190: 36: 3656: 872: 2175: 1730: 3945: 3354: 3105: 3678:
can be estimated by averaging the product of samples measured from one process and samples measured from the other (and its time shifts). The samples included in the average can be an arbitrary subset of all the samples in the signal (e.g., samples within a finite time window or a
4195: 2866: 3511: 536: 2636: 1230: 1900: 1462: 3503: 3762: 3130: 2881: 4309: 2474: 2345: 1046: 964: 467: 4028: 2733: 1881: 1814: 4417: 528: 1140: 1102: 3651:{\displaystyle \left\{X_{t}\right\},\left\{Y_{t}\right\}{\text{ uncorrelated}}\quad \iff \quad \operatorname {K} _{\mathbf {X} \mathbf {Y} }(t_{1},t_{2})=0\quad \forall t_{1},t_{2}} 3433: 3398: 2253: 2218: 365: 330: 393: 2725: 165: 1282: 1256: 2676: 2514: 2385: 1072: 1421: 1386: 867:{\displaystyle \operatorname {K} _{XY}(t_{1},t_{2})=\operatorname {cov} (X_{t_{1}},Y_{t_{2}})=\operatorname {E} =\operatorname {E} -\mu _{X}(t_{1})\mu _{Y}(t_{2}).\,} 1451: 4020: 3991: 2525: 3754: 3725: 1145: 2170:{\displaystyle \operatorname {K} _{XY}(t_{1},t_{2}){\stackrel {\mathrm {def} }{=}}\ \operatorname {cov} (X_{t_{1}},Y_{t_{2}})=\operatorname {E} \left} 1725:{\displaystyle \operatorname {K} _{XY}(t_{1},t_{2}){\stackrel {\mathrm {def} }{=}}\ \operatorname {cov} (X_{t_{1}},Y_{t_{2}})=\operatorname {E} \left} 158: 3940:{\displaystyle (f\star g)\ {\stackrel {\mathrm {def} }{=}}\ \sum _{k\in \mathbb {Z} }{\overline {f}}g=\sum _{k\in \mathbb {Z} }{\overline {f}}g} 3442: 3349:{\displaystyle \operatorname {K} _{XY}(\tau )=\operatorname {cov} (X_{t+\tau },Y_{t})=\operatorname {E} =\operatorname {E} -\mu _{X}\mu _{Y}} 3100:{\displaystyle \operatorname {K} _{XY}(\tau )=\operatorname {cov} (X_{t},Y_{t-\tau })=\operatorname {E} =\operatorname {E} -\mu _{X}\mu _{Y}} 4216: 4514: 4471:
Kun Il Park, Fundamentals of Probability and Stochastic Processes with Applications to Communications, Springer, 2018, 978-3-319-68074-3
2394: 2265: 969: 887: 151: 409: 273: 207: 4190:{\displaystyle (f\star g)(x)\ {\stackrel {\mathrm {def} }{=}}\ \int {\overline {f(t)}}g(x+t)\,dt=\int {\overline {f(t-x)}}g(t)\,dt} 2861:{\displaystyle \operatorname {K} _{XY}(\tau )=\operatorname {K} _{XY}(t_{2}-t_{1})\triangleq \operatorname {K} _{XY}(t_{1},t_{2})} 254: 226: 211: 4519: 2256: 1819: 1752: 233: 1303:, commonly used to find features in an unknown signal by comparing it to a known one. It is a function of the relative 1300: 4324: 472: 4524: 27: 240: 200: 1107: 137: 57: 1077: 222: 1331: 132: 67: 3403: 3368: 2223: 2188: 399: 335: 300: 52: 3680: 3672: 378: 2684: 4315: 3683:
of one of the signals). For a large number of samples, the average converges to the true covariance.
295: 3962: 1315: 1265: 1239: 2641: 2479: 2350: 1342: 1296: 4499: 1051: 4449: 3951: 3668: 1891: 1391: 1356: 1292: 1288: 1259: 878: 247: 179: 127: 92: 62: 3675: 1426: 2631:{\displaystyle \operatorname {K} _{XY}(t_{1},t_{2})=\operatorname {K} _{XY}(t_{2}-t_{1},0)} 4489: 4434: 3996: 3967: 2727:(the time lag, or the amount of time by which the signal has been shifted), we may define 122: 87: 4314:
and the (deterministic) cross-covariance of two discrete-time signals is related to the
4429: 3955: 3730: 3701: 1887: 396: 97: 4484: 4508: 4494: 3695: 1319: 1236:
is used in order to distinguish this concept from the covariance of a random vector
2872:
The cross-covariance function of two jointly WSS processes is therefore given by:
4206:
The (deterministic) cross-covariance of two continuous signals is related to the
1423:
denote stochastic processes. Then the cross-covariance function of the processes
1225:{\displaystyle \operatorname {K} _{XY}(j,k)=\operatorname {cov} (X_{j},Y_{k}).\,} 4444: 4439: 4207: 1310: 287: 189: 375:
of one process with the other at pairs of time points. With the usual notation
372: 291: 35: 20: 1341:
The definition of cross-covariance of random vectors may be generalized to
3498:{\displaystyle \operatorname {K} _{\mathbf {X} \mathbf {Y} }(t_{1},t_{2})} 4304:{\displaystyle (f\star g)(t)=({\overline {f(-\tau )}}*g(\tau ))(t)} 2469:{\displaystyle \mu _{Y}(t_{1})=\mu _{Y}(t_{2})\triangleq \mu _{Y}} 2340:{\displaystyle \mu _{X}(t_{1})=\mu _{X}(t_{2})\triangleq \mu _{X}} 1041:{\displaystyle \mathbf {Y} =(Y_{1},Y_{2},\ldots ,Y_{q})^{\rm {T}}} 959:{\displaystyle \mathbf {X} =(X_{1},X_{2},\ldots ,X_{p})^{\rm {T}}} 1304: 403: 462:{\displaystyle \mu _{X}(t)=\operatorname {\operatorname {E} } } 183: 102: 4500:
http://www.staff.ncl.ac.uk/oliver.hinton/eee305/Chapter6.pdf
4490:
http://scribblethink.org/Work/nvisionInterface/nip.html
877:
Cross-covariance is related to the more commonly used
4327: 4219: 4031: 3999: 3970: 3765: 3733: 3704: 3514: 3445: 3406: 3371: 3133: 2884: 2736: 2687: 2644: 2528: 2482: 2397: 2353: 2268: 2226: 2191: 1903: 1822: 1755: 1465: 1429: 1394: 1359: 1268: 1242: 1148: 1110: 1080: 1054: 972: 890: 539: 475: 412: 381: 338: 303: 3690:
between two signals. This consists of summing over
1890:
stochastic processes, the second factor needs to be
4022:the (deterministic) cross-covariance is defined as 1876:{\displaystyle \mu _{Y}(t)=\operatorname {E} \left} 1809:{\displaystyle \mu _{X}(t)=\operatorname {E} \left} 214:. Unsourced material may be challenged and removed. 4495:http://www.phys.ufl.edu/LIGO/stochastic/sign05.pdf 4411: 4303: 4189: 4014: 3985: 3939: 3748: 3719: 3650: 3497: 3427: 3392: 3348: 3099: 2860: 2719: 2670: 2630: 2508: 2468: 2379: 2339: 2247: 2212: 2169: 1875: 1808: 1724: 1445: 1415: 1380: 1276: 1250: 1224: 1134: 1096: 1066: 1040: 958: 866: 522: 461: 387: 359: 324: 4412:{\displaystyle (f\star g)=({\overline {f}}*g)} 523:{\displaystyle \mu _{Y}(t)=\operatorname {E} } 1307:between the signals, is sometimes called the 159: 8: 1410: 1395: 1375: 1360: 4467: 4465: 3564: 3560: 166: 152: 15: 4358: 4326: 4250: 4218: 4180: 4141: 4128: 4089: 4068: 4067: 4062: 4060: 4059: 4030: 3998: 3969: 3898: 3892: 3891: 3884: 3838: 3832: 3831: 3824: 3802: 3801: 3796: 3794: 3793: 3764: 3732: 3703: 3667:The cross-covariance is also relevant in 3663:Cross-covariance of deterministic signals 3642: 3629: 3606: 3593: 3576: 3571: 3570: 3554: 3544: 3523: 3513: 3486: 3473: 3456: 3451: 3450: 3444: 3415: 3405: 3380: 3370: 3340: 3330: 3314: 3298: 3270: 3257: 3241: 3222: 3194: 3175: 3138: 3132: 3091: 3081: 3059: 3049: 3021: 3002: 2986: 2973: 2939: 2926: 2889: 2883: 2849: 2836: 2817: 2801: 2788: 2769: 2741: 2735: 2711: 2698: 2686: 2662: 2649: 2643: 2613: 2600: 2581: 2565: 2552: 2533: 2527: 2500: 2487: 2481: 2460: 2444: 2431: 2415: 2402: 2396: 2371: 2358: 2352: 2331: 2315: 2302: 2286: 2273: 2267: 2235: 2225: 2200: 2190: 2143: 2130: 2114: 2097: 2083: 2070: 2054: 2014: 2009: 1994: 1989: 1958: 1957: 1952: 1950: 1949: 1940: 1927: 1908: 1902: 1827: 1821: 1760: 1754: 1703: 1690: 1674: 1645: 1632: 1616: 1576: 1571: 1556: 1551: 1520: 1519: 1514: 1512: 1511: 1502: 1489: 1470: 1464: 1434: 1428: 1393: 1358: 1269: 1267: 1243: 1241: 1221: 1209: 1196: 1153: 1147: 1135:{\displaystyle \operatorname {cov} (X,Y)} 1109: 1085: 1079: 1053: 1031: 1030: 1020: 1001: 988: 973: 971: 949: 948: 938: 919: 906: 891: 889: 863: 851: 838: 825: 812: 794: 789: 777: 772: 741: 728: 713: 708: 689: 676: 661: 656: 626: 621: 606: 601: 576: 563: 544: 538: 511: 480: 474: 450: 435: 417: 411: 380: 347: 337: 312: 302: 274:Learn how and when to remove this message 1337:Cross-covariance of stochastic processes 530:, then the cross-covariance is given by 4461: 3671:where the cross-covariance between two 1291:, the cross-covariance is often called 1097:{\displaystyle \operatorname {K} _{XY}} 26: 3686:Cross-covariance may also refer to a 7: 3428:{\displaystyle \left\{Y_{t}\right\}} 3393:{\displaystyle \left\{X_{t}\right\}} 2875: 2248:{\displaystyle \left\{Y_{t}\right\}} 2213:{\displaystyle \left\{X_{t}\right\}} 2181:Definition for jointly WSS processes 1456: 360:{\displaystyle \left\{Y_{t}\right\}} 325:{\displaystyle \left\{X_{t}\right\}} 212:adding citations to reliable sources 3756:the cross-covariance is defined as 4075: 4072: 4069: 3950:where the line indicates that the 3809: 3806: 3803: 3622: 3567: 3447: 3285: 3206: 3135: 3036: 2957: 2886: 2814: 2766: 2738: 2578: 2530: 2028: 1965: 1962: 1959: 1905: 1845: 1778: 1590: 1527: 1524: 1521: 1467: 1326:Cross-covariance of random vectors 1150: 1082: 1048:, the cross-covariance would be a 1032: 950: 884:In the case of two random vectors 759: 640: 541: 498: 436: 388:{\displaystyle \operatorname {E} } 382: 14: 3505:is zero for all times. Formally: 2720:{\displaystyle \tau =t_{2}-t_{1}} 1262:between the scalar components of 4485:Cross Correlation from Mathworld 3688:"deterministic" cross-covariance 3577: 3572: 3457: 3452: 1270: 1258:, which is understood to be the 1244: 974: 892: 188: 34: 3694:time indices. For example, for 3621: 3565: 3559: 2259:, then the following are true: 199:needs additional citations for 4406: 4400: 4397: 4394: 4388: 4373: 4364: 4355: 4349: 4343: 4340: 4328: 4298: 4292: 4289: 4286: 4280: 4265: 4256: 4247: 4241: 4235: 4232: 4220: 4177: 4171: 4159: 4147: 4125: 4113: 4101: 4095: 4053: 4047: 4044: 4032: 4009: 4003: 3980: 3974: 3954:is taken when the signals are 3934: 3928: 3916: 3904: 3874: 3862: 3850: 3844: 3787: 3781: 3778: 3766: 3743: 3737: 3714: 3708: 3612: 3586: 3561: 3492: 3466: 3320: 3291: 3279: 3276: 3250: 3247: 3215: 3212: 3200: 3168: 3156: 3150: 3071: 3042: 3030: 3027: 2995: 2992: 2966: 2963: 2951: 2919: 2907: 2901: 2855: 2829: 2807: 2781: 2759: 2753: 2625: 2593: 2571: 2545: 2450: 2437: 2421: 2408: 2321: 2308: 2292: 2279: 2149: 2136: 2120: 2107: 2089: 2076: 2060: 2047: 2022: 1982: 1946: 1920: 1865: 1859: 1839: 1833: 1798: 1792: 1772: 1766: 1709: 1696: 1680: 1667: 1651: 1638: 1622: 1609: 1584: 1544: 1508: 1482: 1407: 1401: 1372: 1366: 1215: 1189: 1177: 1165: 1129: 1117: 1027: 981: 945: 899: 881:of the processes in question. 857: 844: 831: 818: 802: 765: 753: 750: 747: 734: 701: 698: 695: 682: 649: 646: 634: 594: 582: 556: 517: 504: 492: 486: 456: 443: 429: 423: 1: 2257:jointly wide-sense stationary 371:is a function that gives the 4377: 4269: 4163: 4105: 3920: 3854: 2157: 1277:{\displaystyle \mathbf {X} } 1251:{\displaystyle \mathbf {X} } 402:, if the processes have the 2671:{\displaystyle t_{1},t_{2}} 2509:{\displaystyle t_{1},t_{2}} 2380:{\displaystyle t_{1},t_{2}} 4541: 4515:Covariance and correlation 1329: 1314:, and has applications in 177: 128:Cross-correlation function 93:Cross-correlation function 28:Correlation and covariance 3365:Two stochastic processes 1067:{\displaystyle p\times q} 138:Cross-covariance function 116:For deterministic signals 103:Cross-covariance function 1416:{\displaystyle \{Y(t)\}} 1381:{\displaystyle \{X(t)\}} 123:Autocorrelation function 88:Autocorrelation function 81:For stochastic processes 58:Cross-correlation matrix 3124:which is equivalent to 1332:Cross-covariance matrix 133:Autocovariance function 98:Autocovariance function 68:Cross-covariance matrix 4413: 4305: 4191: 4016: 3987: 3941: 3750: 3721: 3652: 3499: 3429: 3394: 3350: 3101: 2862: 2721: 2672: 2632: 2510: 2470: 2381: 2341: 2249: 2214: 2171: 1877: 1810: 1726: 1447: 1446:{\displaystyle K_{XY}} 1417: 1382: 1278: 1252: 1226: 1136: 1098: 1068: 1042: 960: 868: 524: 463: 389: 361: 326: 63:Auto-covariance matrix 53:Autocorrelation matrix 4414: 4306: 4192: 4017: 3988: 3942: 3751: 3722: 3673:wide-sense stationary 3653: 3500: 3430: 3395: 3351: 3102: 2863: 2722: 2673: 2633: 2511: 2471: 2382: 2342: 2250: 2215: 2172: 1886:If the processes are 1878: 1811: 1727: 1448: 1418: 1383: 1297:measure of similarity 1279: 1260:matrix of covariances 1253: 1227: 1137: 1099: 1069: 1043: 961: 869: 525: 464: 390: 362: 327: 4520:Time domain analysis 4325: 4316:discrete convolution 4217: 4029: 4015:{\displaystyle g(x)} 3997: 3986:{\displaystyle f(x)} 3968: 3963:continuous functions 3763: 3731: 3702: 3512: 3443: 3439:if their covariance 3404: 3369: 3131: 2882: 2734: 2685: 2642: 2526: 2480: 2395: 2351: 2266: 2224: 2189: 1901: 1820: 1753: 1463: 1427: 1392: 1357: 1343:stochastic processes 1266: 1240: 1146: 1108: 1078: 1052: 970: 888: 537: 473: 410: 379: 336: 301: 296:stochastic processes 208:improve this article 19:Part of a series on 1316:pattern recognition 4409: 4301: 4187: 4012: 3983: 3937: 3897: 3837: 3746: 3717: 3648: 3556: uncorrelated 3495: 3425: 3390: 3346: 3097: 2858: 2717: 2668: 2628: 2506: 2466: 2377: 2337: 2245: 2210: 2167: 1892:complex conjugated 1873: 1806: 1722: 1443: 1413: 1378: 1274: 1248: 1222: 1132: 1094: 1064: 1038: 956: 864: 520: 459: 385: 357: 322: 223:"Cross-covariance" 46:For random vectors 4525:Signal processing 4450:Cross-correlation 4380: 4272: 4166: 4108: 4085: 4080: 4058: 3952:complex conjugate 3923: 3880: 3857: 3820: 3819: 3814: 3792: 3749:{\displaystyle g} 3720:{\displaystyle f} 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Index

Statistics
Correlation and covariance

Autocorrelation matrix
Cross-correlation matrix
Auto-covariance matrix
Cross-covariance matrix
Autocorrelation function
Cross-correlation function
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Cross-covariance function
Autocorrelation function
Cross-correlation function
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v
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