[發明專利]一種基于隨機謠傳機制的分布式狀態估計方法及相關裝置

在審

• 申請號: 202110049504.2
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112911615A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 秦家虎;王杰;李孟林
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W84/18
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱宗力

1.一種基于隨機謠傳機制的分布式狀態估計方法，其特征在于，應用于無線傳感器網絡，所述基于隨機謠傳機制的分布式狀態估計方法包括：

獲取傳感器網絡，所述傳感器網絡包括N個傳感器節點，建立所述傳感器節點的動力學模型，N＞1；

設置所述傳感器節點之間的通信關系，以獲取通信拓撲圖；

獲取分布式卡爾曼濾波方法性能優劣的評價標準；

根據所述評價標準，基于隨機謠傳機制和分布式卡爾曼濾波方法，確定所述傳感器節點的控制器以及通信機制，以獲取每個所述傳感器節點輸出的收斂的目標狀態估計值，實現所期望的性能指標；

以最小估計誤差為目標，以傳感器節點的能源使用在預設范圍內為約束，優化所述傳感器網絡的拓撲連接方式。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立所述傳感器節點的動力學模型包括：

利用第一預設公式，表示所述傳感器節點的動力學方程；

所述第一預設公式包括：

其中，i＝1，...，N，i表示所述傳感器節點的編號，x(k)∈Rⁿ表示要估計的系統的狀態量；y_i(k)∈R^m表示第i個傳感器對系統狀態的觀測量；其中Rⁿ和R^m分別表示實數域上的n維和m維向量空間；ω(k)表示系統的過程噪聲，其中ω(k)為滿足均值為0，方差為Q的高斯白噪聲；υ_i(k)為第i個傳感器的測量噪聲，其中υ_i(k)是滿足均值為0，方差為R_i的高斯白噪聲，并且對于任意的i，ω(k)與υ_i(k)是獨立的，A為系統狀態矩陣，C_i為第i個傳感器節點的觀測矩陣。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述設置所述傳感器節點之間的通信關系，以獲取通信拓撲圖包括：

將各個所述傳感器節點放入節點集合中，所述節點集合表示為：V＝{1，...N}；

所述傳感器節點的通信邊的集合用表示；

定義鄰接矩陣Γ＝[γ_ij]，其中γ_ij＝1表示第i個傳感器節點與第j個傳感器節點之間存在一條邊，而且第j個傳感器節點可以獲得第i個傳感器節點的信息；γ_ij＝0表示第i個傳感器節點與第j個傳感器節點之間沒有通信，γ_ij＝γ_ji。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取分布式卡爾曼濾波方法性能優劣的評價標準包括：

使用第二預設公式計算第i個傳感器節點追蹤系統狀態的均方估計誤差；

采用n個傳感器節點的均方估計誤差的平均值作為所述分布式卡爾曼濾波方法性能優劣的評價標準；

所述第二預設公式包括：其中x(k)為系統的狀態變量，為第i個傳感器節點對系統狀態的估計狀態，||.||表示歐幾里得范數，MMSE_i(k)表示第i個傳感器節點的均方估計誤差；

所述評價標準表示為：