[發(fā)明專(zhuān)利]基于局部條件的一致性濾波器設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710959554.8
• 申請(qǐng)日: 2017-10-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107563103B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓非;董宏麗;步賢業(yè);任偉健;邵克勇;張勇;高宏宇;宋金波;侯男;李佳慧;李雪融
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東北石油大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06F17/16
• 代理公司: 哈爾濱市陽(yáng)光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 梁超

基于局部條件的一致性濾波器設(shè)計(jì)方法，屬于傳感器網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)濾波技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的濾波器設(shè)計(jì)方法計(jì)算過(guò)程復(fù)雜的問(wèn)題。它包括以下步驟：建立被監(jiān)控非線性隨機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，再構(gòu)建出傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)測(cè)量輸出模型，進(jìn)而建立傳感器網(wǎng)絡(luò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的分布式濾波器動(dòng)態(tài)模型；由濾波誤差獲得每個(gè)節(jié)點(diǎn)的濾波誤差增廣動(dòng)態(tài)系統(tǒng)；根據(jù)供給率函數(shù)對(duì)濾波誤差增廣動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行分析；使分布式濾波器動(dòng)態(tài)模型滿足H_∞性能指標(biāo)；計(jì)算獲得濾波器動(dòng)態(tài)模型中的濾波器參數(shù)矩陣，從而獲得期望的一致性濾波器。本發(fā)明用于設(shè)計(jì)一致性濾波器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于局部條件的一致性濾波器設(shè)計(jì)方法，屬于傳感器網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)濾波技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來(lái)，由于傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用以及合作與協(xié)調(diào)控制問(wèn)題的深入研究，分布式一致性濾波問(wèn)題的研究發(fā)展迅速。分布式一致性濾波問(wèn)題的中心是設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)膮f(xié)議和算法，使得傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)僅僅通過(guò)自身的信息和鄰居個(gè)體的信息從而在信息傳輸受限、信息交換不可靠、存在通信時(shí)滯或者輸入時(shí)滯、通信拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化等情形下實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息達(dá)到一致。

但是，現(xiàn)有分布式一致性濾波器設(shè)計(jì)方法采用了全局增廣方法，其計(jì)算復(fù)雜度是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的多項(xiàng)式函數(shù)，計(jì)算負(fù)擔(dān)較重，進(jìn)而影響了分布式一致性濾波算法的實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的濾波器設(shè)計(jì)方法計(jì)算過(guò)程復(fù)雜的問(wèn)題，提供了一種基于局部條件的一致性濾波器設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明所述基于局部條件的一致性濾波器設(shè)計(jì)方法，它包括以下步驟：

步驟一：建立被監(jiān)控非線性隨機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，由狀態(tài)空間模型中的狀態(tài)向量構(gòu)建出傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)測(cè)量輸出模型，再根據(jù)所述節(jié)點(diǎn)測(cè)量輸出模型建立傳感器網(wǎng)絡(luò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的分布式濾波器動(dòng)態(tài)模型；

步驟二：計(jì)算傳感器網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)的濾波誤差，由濾波誤差獲得每個(gè)節(jié)點(diǎn)的濾波誤差增廣動(dòng)態(tài)系統(tǒng)；

步驟三：建立每個(gè)節(jié)點(diǎn)濾波誤差與鄰居節(jié)點(diǎn)的有限域H_∞一致性性能指標(biāo)，并建立隨機(jī)向量耗散性的概念；

根據(jù)H_∞性能指標(biāo)構(gòu)建節(jié)點(diǎn)的供給率函數(shù)，并根據(jù)供給率函數(shù)對(duì)濾波誤差增廣動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行分析；

步驟四：利用濾波誤差增廣動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，通過(guò)供給率函數(shù)和已知的約束條件，結(jié)合參數(shù)調(diào)整使分布式濾波器動(dòng)態(tài)模型滿足H_∞性能指標(biāo)；

步驟五：將步驟四中的不等式條件轉(zhuǎn)化成可求解的線性矩陣不等式，計(jì)算獲得濾波器動(dòng)態(tài)模型中的濾波器參數(shù)矩陣，從而獲得期望的一致性濾波器。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明為一種針對(duì)隨機(jī)非線性與多測(cè)量丟失現(xiàn)象的分布式一致性濾波器設(shè)計(jì)方法，適用于由傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的非線性隨機(jī)系統(tǒng)。

它同時(shí)考慮了隨機(jī)非線性與多測(cè)量丟失存在于離散時(shí)變系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)輸出性能的影響，利用約束條件和向量耗散理論全面考慮了傳感器網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的一致性問(wèn)題。與現(xiàn)有的傳感器網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的濾波器設(shè)計(jì)方法相比，本發(fā)明的濾波器設(shè)計(jì)方法可以同時(shí)處理隨機(jī)發(fā)生的非線性和多測(cè)量丟失現(xiàn)象，得到基于線性矩陣不等式解的濾波器設(shè)計(jì)方法，達(dá)到抗非線性擾動(dòng)的目的，且具有計(jì)算量小，易于求解與實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所述基于局部條件的一致性濾波器設(shè)計(jì)方法的流程圖；

圖2是在Q_i,k≡0，R_i,k≡I情形下，每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的局部不一致函數(shù)隨時(shí)間變化曲線；

圖3是在Q_i,k≡0，R_i,k≡I情形下，每個(gè)節(jié)點(diǎn)隨時(shí)間變化濾波誤差變化曲線；