[發(fā)明專利]一種基于集合理論的傳感器系統(tǒng)分布式融合方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210767714.X
• 申請(qǐng)日: 2022-07-01
• 公開（公告）號(hào): CN115114985A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈強(qiáng);李燦;汪立新;劉潔瑜;周小剛;吳宗收;李新三
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍火箭軍工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/62
• 分類號(hào): G06K9/62
• 代理公司: 西安方諾專利代理事務(wù)所(普通合伙) 61285
• 代理人: 景麗娜

1.一種基于集合理論的傳感器系統(tǒng)分布式融合方法，其特征在于，包括以下步驟，

S1：獲取各局部傳感器的系統(tǒng)量測(cè)信息，建立傳感器系統(tǒng)模型；

S2：基于各局部傳感器的系統(tǒng)量測(cè)信息，使用集員估計(jì)方法進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)，得到局部估計(jì)結(jié)果；

S3：將各局部估計(jì)結(jié)果利用橢球求交方法進(jìn)行融合，得到中心估計(jì)橢球；

S4：對(duì)中心估計(jì)橢球的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到最終的融合估計(jì)結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于集合理論的傳感器系統(tǒng)分布式融合方法，其特征在于：步驟S1的具體操作包括以下步驟，

S101：假設(shè)有N個(gè)傳感器對(duì)同一運(yùn)動(dòng)目標(biāo)獨(dú)立地進(jìn)行測(cè)量，為第i個(gè)傳感器在k時(shí)刻的觀測(cè)向量，表示實(shí)數(shù)空間的m維向量；建立相應(yīng)的狀態(tài)方程和量測(cè)方程分別為

x_k＝F_k-1x_k-1+G_k-1w_k-1 (1)

z_i，k＝H_i，kx_k+v_i，k，i＝1，2，…，N (2)

式中，表示k時(shí)刻狀態(tài)，為n維狀態(tài)向量，x_k-1為k-1時(shí)刻狀態(tài)向量；F_k-1為非奇異狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，G_k-1為過程噪聲輸入矩陣；為k-1時(shí)刻過程噪聲，表示實(shí)數(shù)空間的l維模型；H_i，k為第i個(gè)傳感器在k時(shí)刻的觀測(cè)矩陣，為第i個(gè)傳感器在k時(shí)刻的觀測(cè)噪聲；

S102：假設(shè)模型過程噪聲和觀測(cè)噪聲兩種噪聲屬于橢球集合

式中，Q_k和R_i，k為已知的正定矩陣，Q_k表示k時(shí)刻過程噪聲橢球形狀矩陣，R_i，k表示第i個(gè)傳感器k時(shí)刻的量測(cè)噪聲橢球矩陣；

則待估計(jì)系統(tǒng)狀態(tài)的初始值屬于下式所描述的橢球

其中，x為橢球內(nèi)任意點(diǎn)，且為m維向量，為橢球的中心，也為m維向量，P₀為正定矩陣，它定義了橢球的形狀，σ₀為大于0的實(shí)數(shù)，下標(biāo)0表示初始時(shí)刻。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于集合理論的傳感器系統(tǒng)分布式融合方法，其特征在于：步驟S2中使用集員估計(jì)方法進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)分為狀態(tài)更新階段和量測(cè)更新階段。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于集合理論的傳感器系統(tǒng)分布式融合方法，其特征在于：狀態(tài)更新階段的具體操作包括以下步驟，

在狀態(tài)更新階段，更新橢球

其計(jì)算方法為：

σ_k|k-1＝σ_k-1；

其中，P_k-1為k-1時(shí)刻的橢球形狀矩陣，Q_k-1為k-1時(shí)刻的過程噪聲形狀矩陣，σ_k-1作為系統(tǒng)李雅普諾夫函數(shù)的上界，與P_k-1共同決定了k-1時(shí)刻狀態(tài)橢球的形狀，p_k∈(0，+∞)用來優(yōu)化橢球ε_k|k-1的大小，p_k的最優(yōu)值為其中，tr表示矩陣的跡。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于集合理論的傳感器系統(tǒng)分布式融合方法，其特征在于：量測(cè)更新階段的具體操作包括以下步驟，

在量測(cè)更新階段，更新橢球

其計(jì)算方法為：

P_i，k＝(I_n-K_i，kH_i，k)P_k|k-1；

其中，I_n為n維單位陣；

濾波增益

殘差α_i，k∈[0，+∞)表示第i個(gè)傳感器k時(shí)刻的參數(shù)，用來優(yōu)化橢球ε_i，k的大小，其最優(yōu)值為下式的解

當(dāng)時(shí)，式(6)無解，此時(shí)取0為參數(shù)最優(yōu)值。