自适应信号处理（沈福民）.pdf
研究生自适应信号处理课程用书 信号与信息处理专业研究生系列教材自适应信号处理沈福民编著西安电子科技大学出版社2001内容简介木书主要介绍自适应信号处理的基本理论、基本电路与系统的性能和应用以及近年来的新进展。全书共分10章,在第三、四、五、六章中,着重分析和讨论自适应基本准则和自适应主要算法;为了便于理解和掌握自适应的基本理论,在本书的第一、二章中介绍了有关自适应及自适应信号处理的基本概念,发展概况和有关的基础知识;自第七章后,特别增加了关于自适应信号处理基本电路与系统的性能和应用方面的内容。本书可作为通信、电子信息工程专业及其他相关专业大学高年级学生和研究生的教科书,也可以作为从事自适应信号处理研究领域工程技术人员的自学用书。图书在版编目CIP)数据自适应信号处理/沈福民编著.一西安:西安电子科技大学出版社,2001.3研究生系列教材ISBN7-5606-0979-11.自…Ⅱ.沈…Ⅱ.自适应通信系统一信号处理一研究生一教材Ⅳ,TN914中国版本图书馆CIP数据核字(2000第82675号责任编辑夏大平出版发行西安电子科技大学出版社(西安市太白南路2号)电话(029)8227828邮编710071http://www.xduph.comE-mail: xdupfxb@ pub. xaonline com经销新华书店印刷西安市第三印刷厂版次2001年3月第1版2001年3月第1次印刷开本787毫米×1092毫米1/16印张14.625字数341千字印数1~4000册定价16.00元ISBN7-5606-0979-1/TN·0170*如有印装问题可调换**本书封面贴有西安电子科技大学出版社的激光防你标志,无标志者不得锵售。前言随着信号处理学科领域理论与技术的迅速发展,自适应信号处理作为一门新的学科分支应运而生,并在诸如通信、雷达、工业控制、地震勘探及生物医学电子学等领戎获得愈来愈广泛的应用。近儿十年来,在自适应信号处理的理论、方法与应用技术方面的研究己取得了丰硕成果,与之相关的研究文献及论著也不断问世。然而,作为适合该学科领域研究生教学与培养专业技术人才的教科书数量甚少,特别在我国还未见到。这就很难满足实际教学及科研工作的迫切需要。本书的编写旨在弥补在自适应信号处理理论、方法与应用技术的学习及研究之中教材的不足。全书以“自适应性能测度”、“自适应算法”等基本現论的介绍分析及应用方面的讨论贯穿前后各章内容。全书共分10章,其主要内容可概括如下:1.随机信号与信号矩阵理论(第一、二章):为便于初学者入门,在本书前面增加了有关自适应信号处理理论学习必备知识方面的内容。2.性能测度与性能表面搜索(第三、四章):这是自适应信号处理全部理论的核心思想与基本出发点,由此可推导出冬种形式的自适应基本算法和相应的改进算法。3.基本自适应算法与适于不同应用情况下的自适应改进算法(第五、六章):这是本书最重要的内容,它体现了自适应信号处理理论与技术发展的方向与水平。本书除介绍较早期的研究成果和基本理论外,同玗关注近年来取得的新成果。4.自适应模拟与逆模拟,自适应于扰对消与自逅应预测滤波电路〔第七、八章):主要分析了它们的基本原理和有针对性地介绍了它们的实际应用。5.自适应阵列与自适应波束形成(第九章):较详细地介绍了阵列波束形成的一般原理、旁瓣对消器和各种自适应波束形成器及它们的应用。6.自适应控制(第十章):这涉及到一个专门的学科领域,但本书主要想使读者了解和掌握自适应信号处理理论与技术在该领域的应用情况,并不想全面深入地研究整个领域。读者应当从以下几个方面把握本书的主要特色:1.较全面地集中介绍了自适应信号处理的基本理论与方法。2.为了不使学生的学习仅仅停留在比绞抽象的理论之上,在本书中特别用较多的篇幅介绍了各种自适应算法在多个学科领域内的应用(其中包括对各种不同自适应电路与系统的分析),但主要侧重于通信、雷达及阵列信号处理等方面的实际应用。3.基于对复随机信号(或复确知信号)的自适应信号处理理论,从而使研究更具普遍性,本书的研究内容不仅针对复信号,而且也同样包含了(适合)实信号。本书是在作者参加科研工作及承担本课程的多年研究生教学工作基础上编写完成的,因而较多地考虑到了教学工作中的实际要求和一般有关专业人员的自学需要。但是,由于本学科的发展十分迅速,本书对有些近年来才获得的新成果还不能满意地介绍给大家,加之作者水平所限,书肀难免有错误与不当之处,敬请广大读者谅解并不吝赐教。淸华大学张贤达教授在百忙之中对书稿进行了认真审阅,并对书稿提出了十分宝贵的修改意见,在此深表感谢。本书的编写与出版工作得到了西安电子科技大学教材建设基金和研究生教材建设基金的专项资助,在此也特表感谢。沈福民2000年9月于西安电子科技大学目录第一章概论1.1主要研究领域1.2发展和应用………自。·鲁音◆◆◆··鲁···4●音●·●鲁命鲁鲁·鲁非●●命21.3章节内容安排第二章信号矩阵理论2.1信号、信号向量与权向量…2.2输入信号的相关矩阵……2.3信号子空间和噪声子空间…457◆··●●鲁鲁●●●。●●鲁鲁·啁●·晋●··番·。鲁自·鲁●。。·●·●●曹春鲁鲁●·鲁布·自。。●垂●·●b曹2.4梯度运算··鲁音自·普p·自自●非●·看自鲁。鲁自●●●鲁·非奇自·晋带●··●鲁自4音●●·q●非ψ●●鲁●●·音●·●●山◆。鲁鲁●鲁●·第三章性能测量方法3.1均方误差(MSE)性能测度……………………………………………………113.2最大信噪比(MSN)性能测度……………●·●●·●●···普●命●垂●●命·自曹鲁●·鲁●音备3.3最大似然(ML)性能测度…183.4最小噪声方差(MV)性能测度19习题…………………………………………………………………21第四章性能表面的搜索4.1最速下降法梯度搜索……………………………………224.2牛顿法梯度搜索·音音鲁●。◆.鲁●···●●···命命……264,3梯度估值及其对自适应过程的影响●带●P。鲁●30习题……………ss46第五章基本自适应算法5.1LMS算法485.2序贯回归(SER)算法……………………………………563RLS算法………………625.4随机搜索算法…665.5直接矩阵求逆(DMI法…………………………………………7习题···鲁鲁鲁看··非●··甲垂●电●75第六章自适应算法的改进形式6.1约束LMS算法………………………………776.2自适应递归滤波器…………………………………816.3自适应格型滤波器…866.4用正交信号的自适应滤波…986.5解相关LMS算法…鲁●·●·自曹D曹看垂备春●咖↓◆事●4l046.6一种新的拟牛顿自适应滤波算法……………………………………106习题…………………………108第七章自适应模拟与逆模拟7.1概述………………………………………………………………………1117.2多径通信信道的自适应模拟……ss…ss1147.3FIR滤波器综合的自适应模拟……………………………………118电话信道的自适应均衡…………………………………………………1217.5雪达信道的自适应均衡………1247.6IR滤波器自适应综合125习题………130第八章自适应干扰对消8.1概述………13682单信道噪声对消器…………………………………1378.3用作陷波滤波器的自适应干扰对消器1448.4自适应预测器的几种应用…147具有多参考输入的噪声对消……………………153习题…………………………辛鲁垂●垂鲁·。·●154第九章自适应阵列与自适应波束形成9.1阵列波束形成的基本原理……………………1579.2自适应天线旁瓣对消……………………………1619.3采用引导信号的波束形成…………1689.4格里菲思LMS波束形成器………………………………………1769.5弗罗斯特自适应波束形成器…………:1789.6具有零点和极点的自适应波束形成器………1829.7杜瓦尔自适应波束形成器……………………………………1849.8跳频扩谱技术…●香●鲁鲁●鲁命p●鲁垂…ss1879.9超分辨波束形成…89习题195第十章自适应控制系统10.1白适应控制的基本概念…………………………………19910.2自适应模型控制(AMC)……………………………………,20210.3自适应逆控制…………………20410.4被控系统噪声及过滤后ⅹ-LMS算法………●●·◆····哥··。··音非自··。·。●;·●·●20710.5模型参考自适应控制●●◆鲁·◆··昏··自曹●辛●香●非●音··●●。自。鲁音非·●D●◆自····昏·番209习题…●鲁。鲁211附录附录A信号复包络表示◆…·214附录B有用的矩阵关系和施瓦茨不等式……………216附录C多变量的高斯分析………………………………….217C.1实高斯随机向量…………218C.2复高斯随机向量···●···P··。●·········:·;s··s;s·s.saa219参考文献鲁·●···章……………………………222第一章概论自适应信号处理( Adaptive Signal Processing)是近40年来发展起来的信号处理领域一个新的分支。随着人们在该领域研究的不断深入,自适应信号处理的理论和技术日趋完善,其应用的范围也愈来愈广泛通过信号和信号的传送,人们可以获取(有用)信息,而经对信号进行处理使蕴含于信号中的(有用)信息提取出来。由于信号形式及信号传送方式和传送环境的复杂性(例如信号在传送过程中受到噪声和干扰的污染等),促使信号处理理论和技术不断发展,从而使人们更有效地、最大可能地获取信息。1.1主要研究领域自适应信号处理是研究一类结构可变或可以调整的系统,它可以通过自身与外界环境的接触来改善自身对信号处理的性能。通常这类系统是时变的非线性系统,可以自动适应(即“自适应”)信号传送变化的环境和要求,无须详细知道信号的结构和信号的实际知识无须精确设计信号处理系统本身。自适应系统( Adaptive System)的非线性特性主要是由系统对不同信号环境实现自身调整确定的。假如一个自适应滤波器( Adaptive Filter)的输入仅为有用信号,那么,它可以是个全通滤波器,但若输入为有用信号加噪声(或干扰),则可成为一个带通或带阻滤波器。自适应系统的时变特性主要是由其自适应响应(自适应“学习”)过程确定的。当自适应过程结束,系统调整不再进行时,有一类自适应系统可成为线性系统,并称为“线性自适应系统”( Linear Adaptive system)。因便于设计并易于作数学处理,这类自适应系统特别有用。自适应系统和一般系统类似,可以分为开环自适应和闭环自适应两种类型。开环自适应系统的工作主要为:对输入信号或信号环境进行测量,并用测量得到的信息形成公式或算法( Algorithm),用以调整自适应系统自身;而闭环自适应系统还利用系统调整所得纬果的有关知识去优化系统某种性能,即该类系统是一种带“性能反馈”的自适应系统。图1.1(a)表示一个开环自适应系统,控制该系统的自适应算法仅由输入确定。图1.1(b)则表示一个闭环自适应系统,控制该系统相应的自适应算法除取决于输入外,同时还依赖于系统输出的结果自适应信号处理所研究的信号既可以是随机平稳信号,也可以是局部平稳的随机信号。在大量的工程应用和研究中,又将信号在频率域分成窄带和宽带两种,在两种情况下研究或处理的方法及自适应系统的结构也不同。信号的统计量极其重要。人们最常用的统
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μC/OS-II操作系统在STM32上的移植
详细介绍μC/OS-II操作系统在STM32上的移植过程，引导初学者完成基本的操作系统架构的创建。建立工程使用(我使用版)在目录下建立工程,工程名为。选一个系列的芯片,哪一个都无所谓(我选的是因为我的板子就是用这个芯片),接下来要注意的是当弹出是否拷贝启动代码到工程文件夹时要选,因为标准外设厍里已经有启动代码了。将里的顶层日录名改为,并将第一个名改为把日录下所有和文件加载到工程里的在下建立一个目录用来放置系统初始化代码。把拷贝到文件夹拷贝到文件夹中。是中断服务程序文件。是标准外设库的配置文件,对于工程中不需要的外设,可以注释掉里面的包含的头文件。这里我建议先仅留下,用到什么再打开什么,这样编译起来快一点,当然也可都留着。使用标准外设库事实上标准外设库的使用在中的节中已有说明,下面我把其中的步骤罗列一下根据所选芯片,把中的启动代码加到工程中,这一步在上面凵经做过了。在的行,根据所选芯片类型,去掉相应注释,这里我去掉行的注释(大谷量型片)去掉行的注释,启用标准外设库。在的行,根据所选芯片主频,去掉相应注释,默认注释已去掉,如果你的芯片主频是,就不用做修改了,这里我的芯片是注释去掉注释跑马灯程序现在可以使用标准外设库了,下面以一个简单的跑马灯程序说明。在日录下建立作为系统入口在下建立一个日录用来放置板级支持代码,建立代码如下:在中建立组,并将各种代码加入。在工程的选项卡的中添加选项卡中选选项卡中选选项卡选打钩,这一步大家可以根据自己手上的仿真器做不同选择。编译运行。在上的移植详解虽然目前网上凵经有不少关于在上的移植版本,包括也有官方移植版本。但这些版本具体是怎么移植出来的,又该怎么基于移植好的开发应用软件,网上介绍的并不多。这里介绍一下我的移植经历,希望对大家有所帮助。我的移植基本上是从零开始的。首先想要做好移植,有两方面的內容是必须要了解。日标芯片内核原理虽然我们移植的目标芯片是,但操作系统的移植基木是针对内核(以下简称)而言的,所以我们只需了解内核就好了。片就是内核加上各种各样的外设。怎么才能了解呢?看一本书权威指南(宋岩译,网上多的很)就好了,很多同学可能想,看完这本书移植的新鲜劲都没了,因此我把该书和移植有关的章节都刎了出来,并对其中的重点内容进行介绍,我数了数相关章节还不到页,就这点内容,总要看了吧。相关章节如下概览主要了解的概貌。刚开始看时不用追求仝部理解,后面会有详细介绍,很多内容多看几遍就明白。其中指令集,只要了解,只使用就了基础寄存器组通用寄存器堆栈寄存器有两个,和同时只能看见一个引用时,引用的是正在使用的那个可用于异常服务和应用程序只能用于应用程序系统复位后,用的堆栈指针是连接寄存器,又名,存储返冋地址程序计数寄存器,又名特殊功能寄存器程序状态字寄存器组(中断屏蔽寄存器组(控制寄存器(程序状态字寄存器组()分为应用程序中断号执行每个都是位,由于这个寄存器有效位是错开的,因此可以组合访问。中断屏蔽寄存器组(),这三个寄存器用于控制异常的使能和除能。控制寄存器()它有两个作用:定义特权级别选择当前使用哪个堆栈指针操作模式和特权极别操作模式处理者模式和线程模式异常处理:处理者模式主程序:线程模式不区分特权级和用户级,程序始终工作在特权级这两个堆栈指针的切换是全自动的,就在出入异常服务例程时由硬件处理。没什么好讲的,需要看。复位序列初值初值复位向量异常异常类型分为系统异常编号和外部中断大于优先级支持个固定的高优先级和多达级的可编程优先级。在中,每个中断都有一个优先级配置寄存器(个,用来配置该中断的优先级。但该寄冇器并不是每个位都被使用,不同制造商生产的芯片不相同,譬如使用位,也就是说支持个可编程优先级(参考注意该寄存器是以对齐的,因此每个中断的优先级配置寄存器位有效,位无效。对于优先级,又分为抢占优先级和亚优先级,中的应用程序中断及复位掉制寄存器的优先级分组描述了如何划分抢占优先级和亚优先级什么意思?以为例,优先级配置寄存器不是位有效吗,如果中的优先级分组值为,则优先级配置寄冇器的位确定抢占优先级,位确定亚优先级。此时所有中断有个抢占优先级,每个抢占优先级有个亚优先级。抢占优先级高的中断可以抢占抢占优先级低的中断,即抢占优先级决定了中断是否可以嵌套相同抢占优先级的中断不能嵌套,但当抢占优宄级相同的异常有不止一个到来时,就优先响应亚优先级最高的异常。参考附求表表中断优先级寄存器阵列共系统异常优先级寄冇器共个优先级相同,看中断号,中断号小的优先。向量表初始在处,可以通过向量表偏移量寄存器(地址:)更改,般无需更收。中断输入及挂起行为需要看。异常可不看和主要用在分特权级和用户级的操作系统,不区分特权级和用户级可以不管这个东西。这里说点题外话,一开始我很奇怪为什么会提供这种中断,因为这种中断一般都是用在大型的操作系统上,如系统上,可又不提供,应该是无法移植系统。后来我才知道是针对没有的嵌入式系统而设计的不过还是很怀疑有人会在像这种芯片上用中断主要做上下文切换,也就是任务切换,是移植过程中最重要的中断。主要有两点中断是手工往的悬起寄存器中写产生的(由写)中断优先级必须设为最低在讲移植代码时会介绍具体是如何做的。对于的部分应认真研读一下。与中断控制负责芯片的中断管理,它和内核紧密相关。如果对于中断配置不是很了解,可以看看节讲述了定时器,需要看。中断的具体行为中断/异常的响应序列当开始响应一个中断时以及入栈取向量选择堆栈指针,更新堆栈指针,更新连接寄存器,更新程序计数器对移植米说,需要注意异常返同在中,进入中断时,寄存器的值会被自动更新。节对史新后的值进行说明。这里统称。返回时通过把往里写来识别返回动作的。因为是一个特殊值,所以对于,汇编语言就不需要类似这种指令,而用语言开发时,不需要特殊编译器命令指示个函数为中断服务程序。实际上,中断服务程序如果是代码编写,汇编成汇编代码,函数结尾一般是嵌套的中断只要注意:中断嵌套不能过深即可。和这两节说明对中断的响应能力大大提高了,主要是硬件机制的改进。但对移植来说,并不需要关注异常返回值对不同状态进入中断时,寄存器的值进行说明,需要看。这里有一点需要注意,该点在讲移植代码时再介绍利对移植来说,并不需要关注。的低层编程这·章仅需关注节,因为对移植来说汇编与的接口是必须面对的。汇编与的接口有两点需要知道当主调函数需要传递参数(实参)时,它们使用。其中传递第一个,传递第个在返冋时,把返冋值写到中在函数中,用汇编写代码时,可以随便使用,而使用则必须先以上内容和移植多少都有些关系,刚开始看,可能不太明白,多看几遍就好了。
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