[發明專利]引入有限估計區間的系統狀態反向估計方法

在審

• 申請號: 202010468941.3
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111639297A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 趙順毅;趙珂;劉飛
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G06F17/16
• 分類號: G06F17/16;G01D21/00
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 殷海霞

本發明公開了一種引入有限估計區間的系統狀態反向估計方法，包括(1)引入有限估計區間[m,n]，m＝n?N+1，m和n為兩個不同的時刻，N為估計區間步長；(2)基于正向遞推的卡爾曼濾波算法計算出系統在n時刻的狀態估計值和方差P_n；(3)以為初始狀態、P_n為初始方差，基于反向遞推的卡爾曼濾波算法計算出系統在m時刻的狀態估計值和方差P_m，舍棄估計區間[m,n]內其它的狀態估計值和方差，完成系統狀態的估計。本發明的反向估計方法可以被用來對正向估計算法的初始化，另一方面還可以在已知當前狀態估計值的條件下對系統的歷史狀態進行重構。

技術領域

本發明涉及一種狀態估計方法，具體涉及一種引入有限估計區間的系統狀態反向估計方法。

背景技術

狀態估計是通過處理一系列含有噪聲的量測數據，得出隱含于其中的被測量或其線性組合的估計值。由于現代工業中大部分控制及監測機制均是在假設系統狀態精確可觀測的基礎上構建的，如何從實際受到各種隨機干擾的觀測信號中精確地得到系統的狀態極其重要。可以說，系統狀態的獲取影響著工業過程的安全性、生產的經濟性、不確定環境下的決策以及監測或控制手段的有效實施。目前，在許多國際刊物上報道了針對狀態空間模型的狀態估計算法的設計思路。例如，Kwon等人針對離散時間狀態空間模型設計了一類有限估計區間內的狀態估計方法(Kwon B Y,Han S H,Kwon O K,KwonW H,IEEE SignalProcessing Letters,2007,14(8):557-560).Park等人針對無線傳感網絡設計了一類濾波算法用以增強粒子濾波的穩定性(Pak J M,Ahn C K,ShmaliyY S,IEEE Transactions onIndustrial Informatics,2015,11(5):1089-1098)。Ait-El-FquihB等通過變分貝葉斯思路設計針對大維度系統的快速卡爾曼濾波算法(Ait-El-Fquih B,Hoteit I.,IEEETransactions on Signal Processing,2015,63(21):5853-5867)。U.Orguner等提出了針對線性跳變系統的魯棒粒子濾波算法(U.Orguner and F.Gustafasson,IEEE Trans.onSignal Process.,56(10)：5001–5012,2008)。Simon在其書中對現有狀態估計算法技術做了詳細的論述(D.Simon.,Wiley,2006.)。

然而，上述狀態估計算法的設計均是在正向的卡爾曼濾波基礎上構建，主要思路是給定初始值，依據時間演化方向估計系統的狀態。由于在很多技術場景如圖像處理，動態序列分析中，在一直當前時刻的系統狀態后，需要得知系統在過去時刻狀態，特別是系統的初始運行狀態。針對此類場景，由于自身計算結構的限制，正向估計難以應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種引入有限估計區間的系統狀態反向估計方法，該方法一方面可以被用來對正向估計算法的初始化，另一方面還可以在已知當前狀態估計值的條件下對系統的歷史狀態進行重構。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種引入有限估計區間的系統狀態反向估計方法，包括以下步驟，

(1)引入有限估計區間[m,n]，m＝n-N+1，m和n為兩個不同的時刻，N為估計區間步長；

(2)基于正向遞推的卡爾曼濾波算法計算出系統在n時刻的狀態估計值和方差P_n；

(3)以為初始狀態、P_n為初始方差，基于反向遞推的卡爾曼濾波算法計算出系統在m時刻的狀態估計值和方差P_m，舍棄估計區間[m,n]內其它的狀態估計值和方差，完成系統狀態的估計。

本發明一個較佳實施例中，進一步包括，步驟(2)中，定義估計區間[m,α]，α＝m+d，d為系統狀態的維度；