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专利号: 2013103317818
申请人: 河南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电子电路
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种噪声统计特性未知系统的实时多速率H∞融合滤波方法,其特征在于,包括以下步骤:A:在由多个传感器构成的多速率多传感器时变离散系统中,当每个测量值到达时,融合中心首先在计数器Ni记录该滤波周期内已到达融合中心的量测个数;

B:利用计数器给出有限域H∞性能指标函数,作为滤波过程的约束指标;

C:在上述性能指标的约束下,进行测量值的融合滤波;

D:当该滤波周期内所有测量值都到达融合中心时,即可得到系统待估信号基于全局信息的融合估计结果。

2.根据权利要求1所述的噪声统计特性未知系统的实时多速率H∞融合滤波方法,其特征在于:所述的A步骤中,多速率多传感器时变离散系统如下所示x(k)=F(k,k-1)x(k-1)+w(k,k-1);yi(kni+j)=Hi(kni+j)x(kni+j)+vi(kni+j),i=1,2,…,p;z(km)=L(km)x(km);

其中,x(k)为演变周期为h的离散系统状态;yi(kni+j)表示第i个传感器第k次采样得到的测量值,其采样起始时刻为j时刻,采样间隔为ni;kni+j是k×ni+j的缩写形式,表示其采样时刻;z(km)表示滤波周期为m×h(缩写为m)的系统待估信号在k×m×h(缩写为km)时刻的表达式;ni,m均为正整数;F(k,k-1),Hi(kni+j),L(km)分别为系统状态从k-1时刻到k时刻的转移矩阵、传感器i第k次采样时的观测矩阵以及系统在第k个滤波周期的待估信号加权矩阵;w(k,k-1)为系统从k-1时刻到k时刻积累的过程噪声,vi(kni)为第i个传感器第k次采样时的测量噪声,两类噪声的统计特性未知;该多速率多传感器时变离散系统含有p个传感器。

3.根据权利要求1或2所述的噪声统计特性未知系统的实时多速率H∞融合滤波方法,其特征在于:所述的C步骤中,进行测量值的融合滤波包括以下步骤c1:利用测量值建立当前滤波时刻的伪量测矩阵;

c2:估计系统噪声及其与系统状态之间的耦合关系;

c3:对测量值进行滤波实现待估信号估计。

4.根据权利要求3所述的噪声统计特性未知系统的实时多速率H∞融合滤波方法,其特征在于:所述的B步骤中,有限域H∞性能指标函数为其中,ez,j(ik)表示融合中心在第i个滤波周期利用第j个到达的测量值对待估信号进行滤波时得到的估计误差,γ为给定的有限域H∞性能指标值; 表示在第i个滤波周期第j个到达的测量值对应的测量噪声, 表示采集该测量信息的传感器标号,表示该测量信息的采集时刻;ez,j(im)表示融合中心在第i个滤波周期利用第j个到达的测量值对待估信号z(im)进行滤波时得到的估计误差,;x(0), 分别表示初始状态及其估计值,P0表示 偏离x(0)的程度。

5.根据权利要求4所述的噪声统计特性未知系统的实时多速率H∞融合滤波方法,其特征在于:所述的c1步骤中,对应的伪量测噪声为:

对应的伪量测矩阵为:

对应的伪测量信息为:

其中,对第k个滤波周期内利用第Nk=l个到达融合中心的测量值 进行滤波,表示在第i个滤波周期内到达融合中心的第j个量测,第j个量测是由第 个传感器在时刻 采样得到的;w(km, )表示 时刻到km时刻积累的过程噪声;F(km, )表示 时刻到km时刻系统状态转移矩阵;F( ,km)为其(伪)逆矩阵。

6.根据权利要求5所述的噪声统计特性未知系统的实时多速率H∞融合滤波方法,其特征在于:所述的c2步骤中,在估计系统噪声及其与系统状态之间的耦合关系时,首先求出下列辅助参量:(1)求解状态与测量预测值的互Gramian矩阵

其中,Pxw,l(km, |(k-1)m))为状态与过程噪声的互Gramian矩阵;Pl(km)为在第k个滤波周期利用第l个到达的测量值进行滤波时的Riccati变量,其满足如下递推关系:其中,Q((k+1)m,km)为km时刻到(k+1)m时刻积累的过程噪声的Gramian矩阵;

(km)表示在第k个滤波周期利用

第Nk个到达的测量值进行滤波时的Riccati变量; (k)为在第k个滤波周期利用第Nk个到达的测量值进行滤波时的滤波增益矩阵; (k)为在第k个滤波周期利用第Nk个到达的测量值进行滤波时的系统状态与测量预测之间的互Gramian矩阵;

(2)求解测量预测值的Gramian矩阵

其中,Reyz,l(km)表示在第k个滤波周期利用第l个到达的测量值进行滤波时的测量预测值的Gramian矩阵;Rxw,l(km, |(k-1)m)为在第k个滤波周期利用第l个到达的测量值进行滤波时状态与过程噪声估计值的互Gramian矩阵;Rww,l(km, |(k-1)m)为在第k个滤波周期利用第l个到达的测量值进行滤波时过程噪声估计误差的Gramian矩阵;Q(km,)为在第k个滤波周期利用第l个到达的测量值进行滤波时对应耦合过程噪声的Gramian矩阵;

(3)状态与过程噪声估计值的互Gramian矩阵

其中,Pxw,l(km, |(k-1)m)在第k个滤波周期利用第l个到达的测量值进行滤波时,状态与过程噪声估计值的互Gramian矩阵;

(4)过程噪声估计值与测量值的互Gramian矩阵;

其中,Rwyz,l-1(km, ,km)在第k个滤波周期利用第l个到达的测量值进行滤波时,过程噪声估计值与测量值的互Gramian矩阵;Rww,l(km, |(k-1)m)为在第k个滤波周期利用第l个到达的测量值进行滤波时过程噪声估计误差的Gramian矩阵;

(5)过程噪声估计误差的Gramian矩阵

其中,Pww,l(km, |(k-1)m)为在第k个滤波周期利用第l个到达的测量值进行滤波时过程噪声估计值的Gramian矩阵;Q(km, )为在第k个滤波周期利用第l个到达的测量值进行滤波时过程噪声的Gramian矩阵;

(6)过程噪声估计值的Gramian矩阵

其中,Rww,l(km, |(k-1)m)为在第k个滤波周期利用第l个到达的测量值进行滤波时过程噪声估计误差的Gramian矩阵;

然后计算出过程噪声估计值为

当l=1时,

当l>1时,

其中, 为在第k个滤波周期利用第l个到达的测量值进行滤波时对过程噪声的估计值;

最终得到伪量测噪声估计值为:

当辅助参量Rey,l(km)满足Rey,l(km)>0,且时,进入步骤c3,否则,需要重新设

定性能指标值γ,然后重新执行步骤c2。

7.根据权利要求6所述的噪声统计特性未知系统的实时多速率H∞融合滤波方法,其特征在于:所述的c3步骤中,利用伪量测噪声估计值对测量值进行滤波包含以下步骤(1)计算得出系统状态预测当l=1时,

当l>1时,

(2)计算得出观测预测

(3)计算得出滤波增益

(4)计算得出系统状态估计

(5)计算得出系统待估信号估计值

当下一到达测量值仍为滤波器在第k个滤波周期内采样所得的测量值,即时,Nk=l+1,则返回步骤c1。

8.根据权利要求7所述的噪声统计特性未知系统的实时多速率H∞融合滤波方法,其特征在于:所述的D步骤中,当该滤波周期内所有测量值都到达融合中心,可得到系统待估信号基于全局信息的融合估计结果: