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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实验室安排管理系统
数据库，软件工程的实验室安排管理系统，很好的文档和代码。第一章引言1.1项目背景随着信息技术的普及,对计算机应用的普及,高等学校的计算机实验室在逐年上升,面对众多的计算机实验课,如何有效安排实验室,成为实验室管理人员的重要工作之一。为了提高实验室安排管理效率,方便教师对实验室的使用情况及时查询和申请实验室,需要设计一个能提供教师实时了解当前实验室教师申请情况,并可以对闲置实验室的申请,最后通过实验室管理员对教师所做的实验申请进行安排管理。本系统基于B/S结构,主要山前台教师对实验室申请和后台基本资料的维护及实验室的安排,主要包括以下功能:登录、申请实验、基本资料维护、实验室安排管理、用户管理,个人设置等。1.2实验室安排管理系统概述实验室安排管理系统是一门新兴的集管珪科学、信息科学、系统科学级计算机科学为一体的综合性学科,研究的是大学校园的实验室安排管理的全过程,以便有效的安排管理实验室信息,提高校园的实验室使用率,提供各类管理决策信息辅助实验室管理部门进行现代化管理。实验室安排管理系统是大学校园的实验空信息管理系统,它具备数据增加、修改、删除和査询功能,具体如下(1)对用户信息增加、修改、删除管理;(2)对实验室信息增加、修改、删除管理com3)对日期和课程信息增加、修改、删除管理(4)实验室安排管理1.3系统开发的意义为了有效的安排管理实验室信息,提高校园的实验室使用率,提供各类管理决策信息辅助实验室管理部门进行现代化管理需要设计一个能提供教师实时了解当前实验室教师申请情况,并可以对闲置实验室的申请,最后通过实验室管理员对教师所做的实验申请进行安排管理。本系统基于B/S结构,主要由前台教师对实验室申请和后台基本资料的维护及实验室的安排,主要包括以下功能:登录、申请实验、申请实习、基本资料维护、用户管理,个人设置、实验室安排管理等第二章系统分析2.1系统功能分析通过讨论分析,要求系统需要有以下功能:(1)要有良好的人机界面功能。(2)支持多用户操作,要求有较好的权限分配功能。(3)支持实验申请和实习申请多行录入功能。(4)为了方便用户能快速正确地申请到实验室,提供实验室申请浏览。(5)每个用户,课程,实验,实习,实验室都有惟一的编号即ID,编号需要是整型标识,能自动生成有序ID。(6)支持用户,课程,班级,实验室的修改,增加,删除功能。(7)支持实验室的安排浏览。2.2用户管理流程丁公共用户登录修改密退出→码图2-1用户管理流程com2.3实验管理流程用户登录系统—>申请实验—>修改申请—>查询申请结果申请实公共用户登录验,修改退出图2-2实验管理流程2.4实习管理流程用户登录系统—>申请实习—一>修改申请——一>查询申请结果申请实习,修改公共用户登录实习4退出图2-3实习管理流程2.5实验室安排系统管理流程管理员登录—>査询实验、实习申请—>安排实验室—>审核——>安排登录4添加、修改管理员册除用户退出管理实验室艹图2-4实验室安排系统管理流程docn豆丁www.docin.com第三章系统设计3.1项目规划本系统分为如下的几大模块:主界面登录模块实验室安排浏览模块用户控制面版实验宝查询用广管理实验审管理|报表图3-1系统模块图1、主界面模块该模块提供管理系统的主界面,是主系统的唯一入口和出口,该界面提供用户选择并调用各子模块2、登录根据用户管理分配不同的角色权限,核对用户,进入系统进行相应的操作。子模块:(1)用户控訇面版(公共用户)该模块提供用户的基本信息的界面,用户可在此修改密码、基本资料;察看本人申请实验室的情况。(2)实验室查询(老师)该模块提供査询符合某一条件的实验室安排情况的界面。(3)用户管理(管理员)该模块提供对用户信息进行更改、删除和新增和手动安排实验室的界面(4)实验室管理(管理员)该模块提供对实验室信息进行更改、删除和新增和手动安排实验室的界面。3、实验室安排浏览该模块提供全部实验室安排情況的界面。3.2功能框图用户查询更新查询更新查查更查查更更洵询更新结果询询新新条结条结条条结件|果果|件自果浏览申请表实验室安排表系统安排管理员审核图3-2主数据流程图3.3数据库设计创建数据库是设计系统的第·步,其关键问题在于确定所需的表结构并为之建立索引。为∫使系统设计精练实用,体现关系型数据库的特点,本系统还为各相关表建立关系。数据项设计通过需求分析,可确定系统的数据项和数据结构如下:实验申请表: shiyang(实验申请ID,周次,星期,节次,实验名称,实验班级,实验人数,任课教师,实验教师,申请时间实习申请I,周次,实习内容,实习课程名称,实习班级,实习人数,任课教师,申请时间)实习申请表 shixing(实习申请ID,周次,实习内容,实习课程名称,实习班级,实习人数,任课教师,申请时间)用户表:user(用户ID,用户名,用户类型)。班级表: classdb(班级ID,班级名称,班级入学时间)课程表:Kedb(课程ID,课程名称)实验室表: Ssdb(实验室ID,实验室名称,实验室座位)为了方便安排,本系统还设定了几个用于安排的临时表学年表: Xuelian(学年ID,学年名称)。学期表: xueqI(节次ID,节次名称)。周次表: Weekdb(周次ID,周次名称)。节次:jeci(节次I,节次名称)。实验表: shiyan(实验ID,实验名称)实习表: shixi(实习ID,实习名称)2、概念结构设计本系统在需求分析的基础上设计出能够满足用户需求的各种实体。根据上面的分析所得的实体有:实验室安排实体、用户实体。3、逻辑结构设计数据项描述{数据项名,数据类型,长度,数据项含义说明,可否为空}(1)用户表: Userdb用户表用来保存用信息,用户表结构如表3-1所示表3-1用户表数据项名数据类型(长度)数据项含义说明「可否为空user 1dint(4)用户ID否User-name char(20)用广名否User perchar(20)用户类型否(2)班级表: classdb班级表用来保存班级信息,班级表结构表3-2所示表3-2班级表数据项名数据类型(长度)数据项含义说明可否为空Class idInt(4)班级ID否Class nameChar(50)班级名称Class inyearChar(20)班级入学时间否3)实习申请表: shixia实习申请表用来保存实验申请信息,实习申请表结构表3-3所示表3-3实习申请表数据项名数据类型(长度)‖数据项含义说明「可否为空Shixing idInt(4)实习申请ID否Shixing week Char(20)周次否Shixing nameChar(100)实习内容否Shixing keChar(100)实习课程名称否Shixisg class Char(100)实习班级否Shixisq menInt(4)实习人数否Shixisq manChar(20)「任课教师否Shixing timeChar(20)申请时间可4)实验申请表: shiyang实验申请表用来保存实验申请信息,实验申请表结构如表3-4所示表34实验申请表数据项名数据类型(长|数据项含义说明「可否为空度)Shiyang idInt(4)实验申请ID否Shiyang weekChar(20周次Shiyang xqChar(20)星期Shiyang jcChar(20)节次否否否Shiyang nameCar(100实验名称Shiyang classChar(100)实验班级Shiyang menInt(4实验人数口Shiyang manar(2任课教师Shiyansq syteacher Char(20)实验教师Shiyang timeChar(20)申请时间(5)实验教师表: teacher实验教师表用来保存实验教师信息,实验教师表结构如表3-5所示表3-5实验教师表数据项名数据类型(长度)数据项含义说明「可否为空Teacher idInt(4)教师ID否Teacher nameChar(20)教师名称否(6)课程表:Kedb课程表用来保存课程信息,课程表结构如表3-6所示表3-6课程表数据项名数据类型(长度)数据项含义说明「可否为空Ke idInt(4)课程ID否Ke namelChar(100课程名称否(7)实验室表: Ssdb实验室表用来保存实验室信息,实验室表结构如表3-7所示表3-7实验室表数据项名数据类型(长度)数据项含义说明可否为空Sys idint(4)实验室ID否sys namechar(100)实验室名称否Sys menInt(4)实验室座位否(8)学年表: Xuelian学年表用来保存用信息,学年表结构如表3-8所示表3-8学年表数据项名数据类型(长度)数据项含义说明可否为空Xuenian idchar(20)学年ID否Xuwenlan nameint(20)学年名称否(9)周次表: Weekdb周次表用来保存周次信息,周次表结构如表39所示表3-9周次表数据项名数据类型(长度)「数据项含义说明「可否为空Week idchar (20)周次IDWeek nameint(20)周次名称否否(10)星期表: XIng星期表用来保存星期信息,星期表结构如表3-10所示表3-10星期表数据项名数据类型(长度)「数据项含义说明可否为空xing idchar(20)学年IDXIngl nameint(20)学年ID否否(11)节次表: J1eC1节次表用来保存节次信息,节次表结构如表3-11所示表3-11节次表数据项名数据类型(长度)数据项含义说明「可否为空c ldchar(20)班级名称合Jc nameint(20)编级人数4www.docin.com
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