A Wiener-Hopf type factorization for the exponential functional of Levy processes

For a Lévy process ξ=(ξt)t≥0 drifting to −∞, we define the so-called exponential functional as follows: Formula Under mild conditions on ξ, we show that the following factorization of exponential functionals: Formula holds, where × stands for the product of independent random variables, H− is the descending ladder height process of ξ and Y is a spectrally positive Lévy process with a negative mean constructed from its ascending ladder height process. As a by-product, we generate an integral or power series representation for the law of Iξ for a large class of Lévy processes with two-sided jumps and also derive some new distributional properties. The proof of our main result relies on a fine Markovian study of a class of generalized Ornstein–Uhlenbeck processes, which is itself of independent interest. We use and refine an alternative approach of studying the stationary measure of a Markov process which avoids some technicalities and difficulties that appear in the classical method of employing the generator of the dual Markov process.

Avaliação do efeito de janela e descoloração nos filtros Wiener-Hopf

A presente dissertação consta de estudos sobre deconvolução sísmica, onde buscamos otimizar desempenhos na operação de suavização, na resolução da estimativa da distribuição dos coeficientes de reflexão e na recuperação do pulso-fonte. Os filtros estudados são monocanais, e as formulações consideram o sismograma como o resultado de um processo estocástico estacionário, e onde demonstramos os efeitos de janelas e de descoloração. O principio aplicado é o da minimização da variância dos desvios entre o valor obtido e o desejado, resultando no sistema de equações normais Wiener-Hopf cuja solução é o vetor dos coeficientes do filtro para ser aplicado numa convolução. O filtro de deconvolução ao impulso é desenhado considerando a distribuição dos coeficientes de reflexão como uma série branca. O operador comprime bem os eventos sísmicos a impulsos, e o seu inverso é uma boa aproximação do pulso-fonte. O janelamento e a descoloração melhoram o resultado deste filtro. O filtro de deconvolução aos impulsos é desenhado utilizando a distribuição dos coeficientes de reflexão. As propriedades estatísticas da distribuição dos coeficientes de reflexão tem efeito no operador e em seu desempenho. Janela na autocorrelação degrada a saída, e a melhora é obtida quando ela é aplicada no operador deconvolucional. A transformada de Hilbert não segue o princípio dos mínimos-quadrados, e produz bons resultados na recuperação do pulso-fonte sob a premissa de fase-mínima. O inverso do pulso-fonte recuperado comprime bem os eventos sísmicos a impulsos. Quando o traço contém ruído aditivo, os resultados obtidos com auxilio da transformada de Hilbert são melhores do que os obtidos com o filtro de deconvolução ao impulso. O filtro de suavização suprime ruído presente no traço sísmico em função da magnitude do parâmetro de descoloração utilizado. A utilização dos traços suavizados melhora o desempenho da deconvolução ao impulso. A descoloração dupla gera melhores resultados do que a descoloração simples. O filtro casado é obtido através da maximização de uma função sinal/ruído. Os resultados obtidos na estimativa da distribuição dos coeficientes de reflexão com o filtro casado possuem melhor resolução do que o filtro de suavização.

On the solution of a class of Wiener-Hopf integral equations in finite and infinite ranges /

"Sponsored by: Wright Air Development Center"

The finite range Wiener-Hopf integral equation and a boundary value problem in a waveguide /

"Contract No. AF33(616)-6079 Project No. 9-(13-6278) Task 40572. Sponsored by: Wright Air Development Center"

Invertibility characterization of Wiener-Hopf plus Hankel operators on variable exponent Lebesgue spaces via even asymmetric factorization

We obtain invertibility and Fredholm criteria for the Wiener-Hopf plus Hankel operators acting between variable exponent Lebesgue spaces on the real line. Such characterizations are obtained via the so-called even asymmetric factorization which is applied to the Fourier symbols of the operators under study.

Filtros ótimos: efeitos de janelas e de tipo de fase

O objetivo central deste trabalho é o estudo do desempenho do operador deconvolucional WHL na compressão do pulso-fonte sísmico, sob condições especiais de fase não-mínima e da densidade de eventos no traço, como casos advogados para dados reais e processamento em rotina. O método de ataque ao problema construído é centrado no conteúdo da informação da função autocorrelação submetida a diferentes condições: (a) de truncamento e tipo de janelas; (b) das características da fase do operador (se mínima ou não-mínima); (c) da medida de qualidade; (d) do nível de embranquecimento; (e) do ruído presente e da equalização; (f) do balanceamento do traço; (g) dos princípios físicos da propagação expressos e limitados pelo modelo convolutional. Os resultados obtidos são apenas na forma numérica, organizados na forma de álbuns com dificuldades crescentes, e demonstram como o uso de janelas na autocorrelação serve para diagnosticar e melhorar a performance dos operadores. Concluímos que muitas perguntas ainda surgem quando técnicas de deconvolução são aplicadas a seções sísmicas de bacias sedimentares, e que o modelo de Goupillaud é conveniente para simulações e análises devido a sua descrição matemática simples e completa.

Atenuação de múltiplas pelo método WHLP-CRS

Nas bacias sedimentares da região Amazônica, a geração e o acúmulo de hidrocarboneto estão relacionados com a presença das soleiras de diabásio. Estas rochas magmáticas intrusivas possuem grandes contrastes de impedância com as rochas sedimentares encaixantes, resultando em múltiplas externas e internas, com amplitudes semelhantes às das reflexões sísmicas primárias. Estas múltiplas podem predominar sobre as informações oriundas de interfaces mais profundas, dificultando o processamento, a interpretação e o imageamento da seção de sísmica. O objetivo da presente tese é realizar a atenuação de múltiplas em seções sintéticas fontecomum (CS), através da combinação dos métodos Wiener-Hopf-Levinson de predição (WHLP) e o do empilhamento superfície-de-reflexão-comum (CRS), aqui denominando pela sigla WHLPCRS. O operador de deconvolução é calculado com as amplitudes reais do sinal sísmico e traço-a-traço, o que consideramos como uma melhor eficiência para a operação de atenuação. A identificação das múltiplas é feita na seção de afastamento-nulo (AN) simulada com o empilhamento CRS, utilizando o critério da periodicidade entre primária e suas múltiplas. Os atributos da frente de onda, obtidos através do empilhamento CRS, são utilizados na definição de janelas móveis no domínio tempo-espaço, e usados para calcular o operador WHLP-CRS. No desenvolvimento do presente trabalho, visamos evitar a inconveniência da seção processada ZO; desenhar e aplicar operadores na configuração CS; e estender o método WHL para camadas curvas.

Geometric stopping of a random walk and its applications to valuing equity-linked death benefits

We study discrete-time models in which death benefits can depend on a stock price index, the logarithm of which is modeled as a random walk. Examples of such benefit payments include put and call options, barrier options, and lookback options. Because the distribution of the curtate-future-lifetime can be approximated by a linear combination of geometric distributions, it suffices to consider curtate-future-lifetimes with a geometric distribution. In binomial and trinomial tree models, closed-form expressions for the expectations of the discounted benefit payment are obtained for a series of options. They are based on results concerning geometric stopping of a random walk, in particular also on a version of the Wiener-Hopf factorization.

Extended factorizations of exponential functionals of Lévy processes

Pardo, Patie, and Savov derived, under mild conditions, a Wiener-Hopf type factorization for the exponential functional of proper Lévy processes. In this paper, we extend this factorization by relaxing a finite moment assumption as well as by considering the exponential functional for killed Lévy processes. As a by-product, we derive some interesting fine distributional properties enjoyed by a large class of this random variable, such as the absolute continuity of its distribution and the smoothness, boundedness or complete monotonicity of its density. This type of results is then used to derive similar properties for the law of maxima and first passage time of some stable Lévy processes. Thus, for example, we show that for any stable process with $\rho\in(0,\frac{1}{\alpha}-1]$, where $\rho\in[0,1]$ is the positivity parameter and $\alpha$ is the stable index, then the first passage time has a bounded and non-increasing density on $\mathbb{R}_+$. We also generate many instances of integral or power series representations for the law of the exponential functional of Lévy processes with one or two-sided jumps. The proof of our main results requires different devices from the one developed by Pardo, Patie, Savov. It relies in particular on a generalization of a transform recently introduced by Chazal et al together with some extensions to killed Lévy process of Wiener-Hopf techniques. The factorizations developed here also allow for further applications which we only indicate here also allow for further applications which we only indicate here.

A generalized collectively compact operator theory with an application to integral equations on unbounded domains

In this paper a generalization of collectively compact operator theory in Banach spaces is developed. A feature of the new theory is that the operators involved are no longer required to be compact in the norm topology. Instead it is required that the image of a bounded set under the operator family is sequentially compact in a weaker topology. As an application, the theory developed is used to establish solvability results for a class of systems of second kind integral equations on unbounded domains, this class including in particular systems of Wiener-Hopf integral equations with L1 convolutions kernels

Asymptotic behavior at infinity of solutions of multidimensional second kind integral equations

We consider second kind integral equations of the form x(s) - (abbreviated x - K x = y ), in which Ω is some unbounded subset of Rn. Let Xp denote the weighted space of functions x continuous on Ω and satisfying x (s) = O(|s|-p ),s → ∞We show that if the kernel k(s,t) decays like |s — t|-q as |s — t| → ∞ for some sufficiently large q (and some other mild conditions on k are satisfied), then K ∈ B(XP) (the set of bounded linear operators on Xp), for 0 ≤ p ≤ q. If also (I - K)-1 ∈ B(X0) then (I - K)-1 ∈ B(XP) for 0 < p < q, and (I- K)-1∈ B(Xq) if further conditions on k hold. Thus, if k(s, t) = O(|s — t|-q). |s — t| → ∞, and y(s)=O(|s|-p), s → ∞, the asymptotic behaviour of the solution x may be estimated as x (s) = O(|s|-r), |s| → ∞, r := min(p, q). The case when k(s,t) = к(s — t), so that the equation is of Wiener-Hopf type, receives especial attention. Conditions, in terms of the symbol of I — K, for I — K to be invertible or Fredholm on Xp are established for certain cases (Ω a half-space or cone). A boundary integral equation, which models three-dimensional acoustic propaga-tion above flat ground, absorbing apart from an infinite rigid strip, illustrates the practical application and sharpness of the above results. This integral equation mod-els, in particular, road traffic noise propagation along an infinite road surface sur-rounded by absorbing ground. We prove that the sound propagating along the rigid road surface eventually decays with distance at the same rate as sound propagating above the absorbing ground.

On asymptotic behavior at infinity and the finite section method for integral equations on the half-line

e consider integral equations on the half-line of the form and the finite section approximation to x obtained by replacing the infinite limit of integration by the finite limit β. We establish conditions under which, if the finite section method is stable for the original integral equation (i.e. exists and is uniformly bounded in the space of bounded continuous functions for all sufficiently large β), then it is stable also for a perturbed equation in which the kernel k is replaced by k + h. The class of perturbations allowed includes all compact and some non-compact perturbations of the integral operator. Using this result we study the stability and convergence of the finite section method in the space of continuous functions x for which ()()()=−∫∞dttxt,sk)s(x0()syβxβx()sxsp+1 is bounded. With the additional assumption that ()(tskt,sk−≤ where ()()(),qsomefor,sassOskandRLkq11>+∞→=∈− we show that the finite-section method is stable in the weighted space for ,qp≤≤0 provided it is stable on the space of bounded continuous functions. With these results we establish error bounds in weighted spaces for x - xβ and precise information on the asymptotic behaviour at infinity of x. We consider in particular the case when the integral operator is a perturbation of a Wiener-Hopf operator and illustrate this case with a Wiener-Hopf integral equation arising in acoustics.

Some uniform stability and convergence results for integral equations on the real line and projection methods for their solution

The paper considers second kind equations of the form (abbreviated x=y + K2x) in which and the factor z is bounded but otherwise arbitrary so that equations of Wiener-Hopf type are included as a special case. Conditions on a set are obtained such that a generalized Fredholm alternative is valid: if W satisfies these conditions and I − Kz, is injective for each z ε W then I − Kz is invertible for each z ε W and the operators (I − Kz)−1 are uniformly bounded. As a special case some classical results relating to Wiener-Hopf operators are reproduced. A finite section version of the above equation (with the range of integration reduced to [−a, a]) is considered, as are projection and iterated projection methods for its solution. The operators (where denotes the finite section version of Kz) are shown uniformly bounded (in z and a) for all a sufficiently large. Uniform stability and convergence results, for the projection and iterated projection methods, are obtained. The argument generalizes an idea in collectively compact operator theory. Some new results in this theory are obtained and applied to the analysis of projection methods for the above equation when z is compactly supported and k(s − t) replaced by the general kernel k(s,t). A boundary integral equation of the above type, which models outdoor sound propagation over inhomogeneous level terrain, illustrates the application of the theoretical results developed.

Deconvolução de processo sísmico não-estacionário

O presente trabalho trata da aplicação do filtro Kalman-Bucy (FKB), organizado como uma deconvolução (FKBD), para extração da função refletividade a partir de dados sísmicos. Isto significa que o processo é descrito como estocástico não-estacionário, e corresponde a uma generalização da teoria de Wiener-Kolmogorov. A descrição matemática do FKB conserva a relação com a do filtro Wiener-Hopf (FWH) que trata da contra-parte com um processo estocástico estacionário. A estratégia de ataque ao problema é estruturada em partes: (a) Critério de otimização; (b) Conhecimento a priori; (c) Algoritmo; e (d) Qualidade. O conhecimento a priori inclui o modelo convolucional, e estabelece estatísticas para as suas componentes do modelo (pulso-fonte efetivo, função refletividade, ruídos geológico e local). Para demostrar a versatilidade, a aplicabilidade e limitações do método, elaboramos experimentos sistemáticos de deconvolução sob várias situações de nível de ruídos aditivos e de pulso-fonte efetivo. Demonstramos, em primeiro lugar, a necessidade de filtros equalizadores e, em segundo lugar, que o fator de coerência espectral é uma boa medida numérica da qualidade do processo. Justificamos também o presente estudo para a aplicação em dados reais, como exemplificado.

Atenuação de múltiplas e compressão do pulso fonte em dados de sísmica de reflexão utilizando o filtro Kalman-Bucy

O objetivo central deste trabalho é o estudo e a aplicação do método Kalman-Bucy no processo de deconvolução ao impulso e de deconvolução com predição, onde é considerado que os dados observados são classificados como não-estacionários. Os dados utilizados neste trabalho são sintéticos e, com isto, esta Tese tem características de um exercício numérico e investigativo. O operador de deconvolução ao impulso é obtido a partir da teoria de CRUMP (1974) fazendo uso das soluções das equações Wiener-Hopf apresentadas por KALMAN-BUCY (1961) nas formas contínuas e discretas considerando o processo como não estacionário. O operador de predição (KBCP) está baseado nas teorias de CRUMP (1974) e MENDEL ET AL (1979). Sua estrutura assemelha-se ao filtro Wiener-Hopf onde os coeficientes do operador (WHLP) são obtidos através da autocorrelação, e no caso (KBCP) são obtidos a partir da função b_i(k). o problema é definido em duas etapas: a primeira consta da geração do sinal, e a segunda da sua avaliação. A deconvolução realizada aqui é classificada como estatística, e é um modelo fortemente baseado nas propriedades do sinal registrado e de sua representação. Os métodos foram aplicados apenas em dados sintéticos de seção fonte-comum obtida a partir dos modelos com interfaces contínuas e camadas homogêneas.