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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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高频交易 中文译本 全面介绍高频交易方方面面，启蒙读物Ⅳ中国的金融市场在不断发展,市场参与者也逐渐成熟,在国内部分条件合适的金融市场中,高频交易是一种客观存在。但是对于普通投资者而言要想系统地了解高频交易却不是一件很容易的事。深入介绍高频交易的资料往往伴随着复杂的数学公式,而全面涵盖高频交易的文字材料并不多见。为促进中国高频交易以及市场微观结构研究的发展,我们决定将这本介绍高频交易的书籍译成中文。如果这本书能为我国的市场参与者提供一定的帮助我们将感到十分的荣幸。南华期货研究所的众多研究员参与了这本书的翻译I作。其中第1-4章的译者为姜帆、谈效俊,第5章的译者为张静静、谈效俊,第6章、第9章的译者为胡浩、谈效俊,第7~8章的译者为何炜、李晓萍、谈效俊,第10~12章的译者为王仰琪,第13~16章的译者为杨燕,第17章的译者为王珏,第18、19章的译者为谈效俊,全书由谈效俊负贲统筹审核。由于时间仓促,并且译者水平有限,书中出现不当甚至错误之处在所难免,在此恳请各位读者不吝批评指正华期货有服公司总经理罗旭峰2011年1月8日目录High-Frequency Trading推荐序第1章简介第2章高频交易的发展金融市场与技术革新交易方法的演变第3章高频交易综覽和传统交易的比较21市场参与者运作模型…经济效益高频交易系统的资金结论第4章适合高频交易的金融市场金融市场及其对高频交易的适用性结论…第5章高频交易策略表现评估收益的基本特征有可比性的比率454绩效归因策略评估中的其他考虑因素…结论第6章指令、交易者及其在裔频交易中的应用指令类型指令分布第7章不同频率下的市场无效和获利机会的元2高频下的价格波动的可预测性第8章寻找高频交易机会收益率的统计特征性计量经济学模型协整动率建模945∞非线性模型结论第9章处理分笔数据分笔数据的属性分笔数据的数量和质量买卖价差买卖价格反弹对分笔数据的到达进行建模用传统计量经济学方法处理分笔数据……结论116第10章市场微观结构下的交易——存货模型117存货交易策略概述………118指令、交易者和流动性…有利可图的做市有方向的流动性供应结论第11章市场微观结构下的交易—信息模型…度量信息不对称性信息交易模型136结论第12章事件套利开发事件套利交易策略什么构成了一次事件预测方法可用于交易的新闻宏观经济新闻事件套利的应用结论第13章高频统计套利数学基础统计套利的实际应用356结论第14章创刨建和管理高频策略投资组合投资组合优化的解析基础有效的投资组合管理实践第15章交易模型的回顾测试评估点位预测评估方向预测……205结论第16章实施高交易系统模型开发的生命周期215系统实施测试交易系统…结论第17章风险管理确定风险管理目标风险度量风险管理结论…第18章高频交易的执行和监控执行高频交易系统高频交易执行的监控第19章交易后的盈利分析交易后成本分析交易后表现分析272参考文献第1章High-Frequency Trading简介高频交易如风暴般席卷了华尔街,究其原因,无非是其巨大的盈利能力而已。根据《Aha》杂志的报道,2008年收益最高的基金经理是来自文艺复兴技术公司( Renaissance Technologies Corp.)的吉姆·西蒙斯( Jim Si-mons),他长期以来一直是高频交易的支持者。仅在2008年一年,西蒙斯博士就获得了25亿美元的利润。虽然在撰写这本书的时候,还没有哪个机构完全地跟踪过各个高频交易基金的表现,但坊间传言,2008年大部分的高频交易基金经理都取得了正的收益,而据《纽约时报》的报道,70%的低交易者在2008年都是赔钱的。这个行业指数式的增长也印证了高频交易的巨大盈利能力。根据Aite集团2009年2月的报告,目前交易所中60%的易量都来自于髙频交易。专业高频交易人才炙手可热,并且薪酬也是登峰造极。甚至在2008年金融危机最惨烈的几个月中,仍有50%的金融行业招聘的职位是与高频交易技术人员有关的( Aldridge,2008)领域的信息有巨大需求,但能帮助投资者理解和运用高频交易系统的出版物却少之又少。什么是高频交易,它的魅力何在呢?相较于低频交易而言,高频交易的主要创新之处在于其在电脑驱动之下,对变化的市场迅速做出反应,并且实现资金的快速周转。高频交易的特征是交易次数更多,而每笔交易的平均盈利较小。很多传统的资金管理人持有交易头寸长达数周乃至数月,每笔交易高频交易的盈利为数个百分点。相比之下,高频交易的资金管理人每天都交易多次平均每笔交易的盈利不到一个百分点,并且他们基本上不持有隔夜头寸。不隔夜持仓对于投资者和投资组合经理都十分重要,这是因为以下3个方面的原因。(1)随着资本市场的全球化,大多数的交易行为都可以延长至24小时,并且,以市场现有的波动率来看,隔夜持仓是具有很高的风险的。高频交易策略则规避了这种隔夜风险。(2)高频交易策略允许账户持仓完全透明,这消除了锁定资金的必要性3)持仓过夜的头寸除了保证金之外的部分需要按照所谓的隔夜利率( overnight carry rate)来支付利息。隔夜利息通常比LBOR略高。随着BOR波动的增加以及可能到来的通货膨胀,隔夜持仓成本会变得越来越高,以至于会使得很多资金管理人感到无利可图。高频交易策略能够避免隔夜持仓成本,这在信贷收紧或者利率高企的时候,能给投资者节省下可观的成本。髙频交易还有其他的一些优势。高频交易策略与传统的长期买入并持有策略几乎不存在什么关联,因此,对于长期投资组合来说,高频交易策略是种很好的分散投资的工具。由于高频交易策路的统计学性质,高频交易略需要的评估时期也相对较短,我们在本书后续的章节中将深人讨论这个问。如果说对于一个以月度为周期的交易策略,需要6个月到2年的观察期来评估这个策略的可信程度的话,那么对很多高频交易策略而言,只需不到个月的时间就可以对策略的表现下一个统计学上的结论了除了上面所列举的优势之外,高频交易还能节约操作成本,并且给社会带来很多好处。从运营的角度来看,高频交易的全自动交易方式能够节约人力成本,并且减少因人为的犹豫或者情绪而造成的失误高频交易给社会带来的最大好处体现在以下几点提高市场效率·增加流动性第1章简介·促进计算机技术创新·稳定市场体系高频交易策略发现并消除市场暂时出现的无效率之处,并促进市场价格更快地反映市场信息。很多高频交易策略给市场提供了显著的流动性,使市场运行更加平稳,并且让每个投资者都降低了摩擦成本( frictional costs)高频交易者促进计算机技术的革新,推动找到解决网络通信瓶颈的新办法他们还刺激计算机处理器的创新,以提高计算和数字通信的速度。最后,高频交易还能纠正市场错误定价,从而稳定市场体系。在2009年3月的 FXWeek会议上, Oanda公司的首席执行官 RichardOlsen提出了一个恰当的比喻。Oken博士说,如果将金融市场比做人的身体,那么高频交易就是在人体内一天循环多次的血液。它能帮助冲洗毒素、愈合伤口,并且调节体温。相比之下,低频交易由于反应过慢,可以视为有碍于系统稳定的因素。即使是一个简单的去公园散步的决定也会给身体带来风险,比如感染疾病、失足或者摔倒等。高频交易能对这种情况进行快速反应,就像一个人重新站稳一样,高频交易使市场受到冲击后能重新稳定下来。在外汇、股票以及衍生品市场上都有很多成功的高频交易策略。高频交易本身的属性使其能应用于任何有足够流动性的金融工具之上(“有足够流动性的金融工具”是指在一个交易日中的任何时刻都有足够买家和卖家的金融资产)。高频交易策略可以全天候地执行。电子外汇市场一周交易5天,一天交易24小时。美国股票现在可以“超出常规交易时间”进行交易,每个工作日从东部标准时间早上4点开始直到午夜。对于一些期货和期权,同样存在24小时交易。许多高频交易的公司设于纽约、康奈迪克、伦敦、新加坡和芝加哥。很多设在芝加哥的公司利用其毗邻芝加哥商业交易所的优势来进行期货、期权和商品的高频交易。位于纽约和康奈迪克的公司交易范围较广,其中交易最多的是美国股票。欧洲的时区使得伦敦人在交易货币上很有优势,而新加坡
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